Como puede atestiguar cualquiera que haya comprado joyas, el platino es caro. Eso es difícil para los consumidores, pero también un serio obstáculo para una fuente prometedora de electricidad para vehículos:la pila de combustible de hidrógeno, que se basa en platino.

Ahora, un equipo de investigación dirigido por Bruce E. Koel, profesor de ingeniería biológica y química en la Universidad de Princeton, ha abierto una puerta para encontrar alternativas mucho más económicas. En un artículo publicado el 4 de abril en la revista Comunicaciones de la naturaleza , los investigadores informaron que un compuesto químico a base de hafnio funcionaba aproximadamente un 60 por ciento con la misma eficacia que los materiales relacionados con el platino, pero a una quinta parte del costo.

"Esperamos encontrar algo que sea más abundante y más económico para catalizar reacciones, "dijo Xiaofang Yang, científico principal de HiT Nano Inc. y colaborador visitante en Princeton que trabaja con Koel en el proyecto.

Las pilas de combustible funcionan convirtiendo la energía almacenada en átomos de hidrógeno directamente en electricidad. La NASA ha utilizado durante mucho tiempo pilas de combustible para alimentar satélites y otras misiones espaciales. Hoy dia, están comenzando a utilizarse para automóviles y autobuses eléctricos.

El hidrógeno es el elemento más simple y abundante no solo en este planeta, pero también en el universo conocido.

En el nivel más básico, las pilas de combustible producen electricidad al dividir el hidrógeno en sus dos componentes, un protón y un electrón. Los protones fluyen a través de una membrana y se combinan con el oxígeno para formar agua. Los electrones cargados negativamente fluyen hacia un polo cargado positivamente en la celda de combustible. Este flujo de electrones es la corriente que genera la pila de combustible, que puede alimentar motores u otros dispositivos eléctricos. Esta división requiere un material como el platino para catalizar la reacción.

Los catalizadores también se utilizan en reacciones que crean el gas hidrógeno que sirve como combustible para la pila de combustible. En el más deseable, caso independiente de combustibles fósiles, La energía eléctrica renovable se puede utilizar para dividir moléculas de agua (dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno) en presencia de un catalizador. La reacción divide el agua en oxígeno e hidrógeno. Cuanto más eficiente sea el catalizador, menos energía se necesita para dividir el agua.

Algunas celdas de combustible avanzadas, llamadas pilas de combustible regenerativas, combinar ambas reacciones. Pero la mayoría de las pilas de combustible actuales dependen del hidrógeno creado por sistemas separados y vendido como combustible.

Ahora, los mejores catalizadores para ambas reacciones son los metales del grupo del platino. Los investigadores no creen que eso vaya a cambiar porque "el platino es casi perfecto, "Dijo Koel. Con los metales del grupo del platino, las reacciones electroquímicas para extraer el hidrógeno son rápidas y eficientes, además, los metales pueden resistir las duras condiciones ácidas que se requieren actualmente para tales reacciones.

El problema, aunque, es que el platino es raro y costoso. "Realmente no se puede imaginar reemplazar la infraestructura de transporte con celdas de combustible basadas en platino, "Dijo Koel." Es demasiado raro y demasiado caro de usar a esa escala ".

Para tales aplicaciones, Puede que no se necesite la perfección del platino. Un sustituto suficientemente bueno, los investigadores encontraron, es el oxihidróxido de hafnio que se ha tratado con un plasma de nitrógeno (el plasma es un gas ionizado y es un estado de la materia que se encuentra en las luces fluorescentes y el sol) para incorporar átomos de nitrógeno al material.

Previamente, muchos materiales se han pasado por alto para aplicaciones electroquímicas porque no son conductores. Sin embargo, Los investigadores encontraron que el procesamiento de óxido de hafnio con plasma de nitrógeno forma una película delgada de material que funciona como un catalizador altamente activo que también sobrevive en condiciones de ácido fuerte.

Si bien esta película a base de hafnio tiene solo dos tercios de la eficacia del platino, el hafnio es mucho más barato que el platino. Los investigadores planean probar el circonio, que es incluso más barato, Siguiente.

Aunque podrían ser útiles en pilas de combustible, Yang y Koel creen que este tipo de materiales podrían ser más valiosos en sistemas que despliegan un catalizador para dividir electroquímicamente el agua para producir hidrógeno y usarlo como combustible.

"La futura economía renovable depende en gran medida de cómo podemos dividir el agua de manera eficiente para generar hidrógeno, "Dijo Yang." Este paso es muy importante ".

Pero Yang y Koel enfatizan que su descubrimiento no conducirá a una avalancha de nuevas tecnologías asequibles todavía, o incluso en un futuro cercano. Ahora, el procedimiento para crear el material es complejo y se limita al laboratorio. Si bien han confirmado la presentación de la película, siempre hay que considerar la ingeniería necesaria para hacerlo prácticamente a gran escala. En lugar de, Este descubrimiento está abriendo la puerta a una mayor exploración de materiales que podrían reemplazar al platino.

"Todavía no entendemos por qué este material en particular es tan especial, pero confiamos en las propiedades que hemos medido "Dijo Koel." El material es complicado, así que tenemos mucho trabajo por hacer ".