Las pilas de combustible juegan un papel importante en la creación de un futuro de energía limpia, con un amplio conjunto de aplicaciones que van desde la alimentación de edificios hasta la electrificación del transporte. Pero, como ocurre con todas las tecnologías emergentes, Los investigadores se han enfrentado a muchas barreras para desarrollar pilas de combustible eficientes y creando una forma de producir de forma limpia el hidrógeno que las alimenta.

En un nuevo artículo de Perspective, publicado en el Revista de la sociedad electroquímica , los investigadores tienen como objetivo abordar un debate fundamental en las reacciones clave detrás de las pilas de combustible y la producción de hidrógeno, cuales, si se resuelve, podría impulsar significativamente las tecnologías de energía limpia.

En el artículo de acceso abierto, "Perspectiva:hacia el establecimiento de la energía de unión aparente de hidrógeno como descriptor de las reacciones de oxidación / evolución del hidrógeno, "Yushan Yan y sus coautores de la Universidad de Delaware brindan una descripción general autorizada del trabajo realizado en las áreas de oxidación y evolución del hidrógeno, presentar preguntas clave para el debate, y proporcionar caminos para la innovación futura en el campo.

Las reacciones de oxidación y desprendimiento de hidrógeno son dos de las reacciones electroquímicas más simples, sin embargo, resulta ser la columna vertebral para desarrollar tecnologías críticas de energía limpia.

"Estas dos reacciones son la base de las pilas de combustible limpias, "Yan dice." Con la oxidación de hidrógeno, tiene una reacción de pila de combustible. Si haces evolución de hidrógeno, produciendo hidrógeno a partir del agua, eso es electrólisis de agua, que produce hidrógeno limpio para pilas de combustible y otras aplicaciones ".

En la actualidad, Las pilas de combustible son conocidas principalmente por su papel en la electrificación del transporte. Los coches de pila de combustible han sido introducidos en el mercado por empresas como Toyota, Honda, y Hyundai, que continúan respaldando vehículos impulsados ​​por tecnologías de energía limpia. La mayoría de las pilas de combustible modernas, específicamente los utilizados para aplicaciones automotrices, son pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM), que funciona intercambiando protones a través de una membrana de polímero ácido para producir electricidad y calor.

Sin embargo, Yan y su equipo buscan mejorar este modelo, examinar formas fundamentales de producir una pila de combustible que sea más asequible.

"Lo que queremos hacer es pasar de un ácido a una base, "Yan dice." Puede parecer muy simple, pero este cambio nos permite utilizar metales no preciosos como catalizadores en lugar de los costosos metales del grupo del platino. Realmente estamos buscando resolver la barrera frente a la tecnología de celda de combustible PEM, haciéndolo más barato y, por lo tanto, desplegable para el mercado masivo ".

Los investigadores encontraron que cuando comenzaron a pasar de una celda de combustible de ácido a una base, Tanto las reacciones de oxidación de hidrógeno como las reacciones de desprendimiento de hidrógeno se volvieron mucho más lentas, impactando la eficiencia de la tecnología. En el artículo Perspective, el grupo describe este problema y comienza a formular opiniones de por qué sucede esto, así como invitar a compañeros en el campo a participar en la conversación.

"Hacer investigación puede ser competitivo, pero al mismo tiempo, también necesitamos que más personas se unan a la conversación para que las cosas comiencen a suceder más rápido, "Yan dice". Con este artículo, buscamos que más gente preste atención a este problema y se una a nosotros en el debate ".

Al observar más de cerca las reacciones fundamentales que son esenciales para impulsar tecnologías de producción de hidrógeno limpio y pilas de combustible, Yan cree que se podrían lograr avances significativos para aplicaciones futuras.

"Cuando abordas estas preguntas fundamentales, podría haber un impacto inmediato, "Yan dice". En este artículo, estamos hablando de oxidación de hidrógeno, que es para pilas de combustible. Pero también estamos hablando de la reacción inversa, que es el desprendimiento de hidrógeno. La evolución del hidrógeno se trata de producir hidrógeno a partir del agua utilizando energía eólica y solar. Es hidrógeno limpio. Seguro, que el hidrógeno puede soportar vehículos de pila de combustible, pero el hidrógeno tiene muchas otras aplicaciones ".

Algunas de esas otras aplicaciones incluyen la síntesis de amoníaco. Sin fertilizantes a base de amoniaco, el mundo no podría producir suficientes alimentos para alimentar a su población. Si bien la producción de amoníaco es fundamental para la humanidad, el hidrógeno que se necesita para producirlo proviene de combustibles fósiles. Actualmente, el amoníaco se produce mediante una reacción entre nitrógeno e hidrógeno, llamado el proceso de Haber-Bosch, donde el hidrógeno se produce a partir del reformado de gas natural. Si el hidrógeno utilizado en este proceso se produjo en cambio en un método limpio, el impacto medioambiental global mejoraría enormemente.

El tipo de artículo Perspective de ECS proporcionó a Yan y sus coautores una plataforma única para presentar sus ideas. En lugar de un artículo de investigación tradicional, Los artículos de ECS Perspective permiten a los investigadores discutir nuevos conocimientos en su campo, con capacidad para generar nuevas ideas y avanzar en los campos relacionados con la electroquímica y la ciencia del estado sólido.

"El artículo de Perspective nos permitió resumir lo que está sucediendo en esta área, pero mas importante, describir lo que se podría hacer o lo que se debe hacer en el futuro, "Yan dice". Al publicar con el Revista de la sociedad electroquímica , Sentí que llegaríamos a la audiencia más apropiada que está bien equipada para proponer nuevas ideas ".

Yan espera que este artículo pueda estimular una conversación sobre reacciones fundamentales en las pilas de combustible y comenzar un intercambio de ideas, potencialmente acelerando el avance en el campo.

"Mi escenario de ensueño, "Yan dijo, "es que algún día, Vería que mi celda de combustible de membrana de intercambio de hidróxido se implementara en un automóvil ".