Una nueva investigación sugiere que el grafeno, fabricado de una manera específica, podría usarse para fabricar celdas de combustible de hidrógeno más duraderas para automóviles.

En el estudio, publicado hoy en la revista Nanoescala , los científicos produjeron grafeno a través de un especial, técnica escalable y la utilizó para desarrollar catalizadores de pilas de combustible de hidrógeno. El equipo de investigación con la participación de científicos de la Universidad Queen Mary de Londres y el University College London (UCL), demostró que este nuevo tipo de catalizador a base de grafeno era más duradero que los catalizadores disponibles comercialmente e igualaba su rendimiento.

Las pilas de combustible de hidrógeno convierten la energía química en energía eléctrica combinando hidrógeno y oxígeno con la ayuda de catalizadores. Como el único subproducto de la reacción es el agua, proporcionan una fuente de energía eficiente y respetuosa con el medio ambiente.

El platino es el catalizador más utilizado para estas pilas de combustible, pero su alto costo es un gran problema para la comercialización de pilas de combustible de hidrógeno. Para abordar este asunto, Los catalizadores comerciales se fabrican típicamente decorando pequeñas nanopartículas de platino sobre un soporte de carbono más económico. sin embargo, la escasa durabilidad del material reduce en gran medida la vida útil de las pilas de combustible actuales.

Investigaciones anteriores han sugerido que el grafeno podría ser un material de soporte ideal para las pilas de combustible debido a su resistencia a la corrosión. alta superficie y alta conductividad. Sin embargo, el grafeno utilizado en la mayoría de los experimentos hasta la fecha contiene muchos defectos, lo que significa que aún no se ha logrado la resistencia mejorada prevista.

La técnica descrita en el estudio produce grafeno de alta calidad decorado con nanopartículas de platino en una síntesis de un solo recipiente. Este proceso podría ampliarse para la producción en masa, abriendo el uso de catalizadores basados ​​en grafeno para aplicaciones energéticas generalizadas.

Profesor Dan Brett, Catedrático de Ingeniería Electroquímica en la UCL, dijo:"Satisfacer la demanda mundial de energía sin dañar el medio ambiente es uno de los grandes desafíos modernos. Las pilas de combustible de hidrógeno pueden proporcionar energía más limpia y ya se utilizan en algunos coches como alternativa a la gasolina o el diésel. Sin embargo, una gran barrera para su comercialización generalizada es la capacidad de los catalizadores para soportar los ciclos extensos necesarios para su uso en aplicaciones energéticas. Hemos demostrado que al usar grafeno en lugar del típico carbono amorfo como material de soporte, podemos crear catalizadores ultraduraderos ".

Los investigadores confirmaron la durabilidad del catalizador a base de grafeno utilizando un tipo de prueba basada en las recomendadas por el Departamento de Energía de EE. UU. (DoE). conocidas como pruebas de estrés aceleradas. Las pruebas de estrés aceleradas tensionan deliberadamente el catalizador rápidamente durante muchos ciclos en un corto espacio de tiempo, permitiendo a los científicos evaluar la estabilidad de nuevos materiales sin tener que usarlos en una celda de combustible operativa durante un período de meses o años.

Usando estas pruebas, Los científicos demostraron que la pérdida de actividad durante el mismo período de prueba fue alrededor de un 30 por ciento menor en el catalizador basado en grafeno recientemente desarrollado. en comparación con los catalizadores comerciales.

Ángel Gyen Ming, Doctor. estudiante y autor principal del estudio, de UCL, dijo:"El Departamento de Energía establece pruebas y objetivos para la durabilidad de las celdas de combustible, con una prueba de esfuerzo acelerada para simular las condiciones normales de funcionamiento y otra para simular los altos voltajes experimentados al encender y apagar la celda de combustible. La mayoría de los estudios de investigación en el espacio del grafeno solo evalúan utilizando una de las pruebas recomendadas. Sin embargo, dado que tenemos grafeno de alta calidad en nuestro material, hemos logrado lograr una alta durabilidad en ambas pruebas y bajo largos períodos de prueba, lo cual es importante para la futura comercialización de estos materiales. Esperamos incorporar nuestro nuevo catalizador a la tecnología comercial y aprovechar las ventajas de las pilas de combustible de mayor duración ".

El grafeno está hecho de una sola capa de átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal. A pesar de su estructura relativamente simple, Se cree que el grafeno tiene propiedades notables, incluida una alta conductividad eléctrica, alta transparencia y alta flexibilidad.

Dr. Patrick Cullen, Profesor de Energías Renovables de la Universidad Queen Mary de Londres, dijo:"A lo largo de los años, Ha habido mucho entusiasmo en torno al grafeno y la gran cantidad de aplicaciones prometedoras para este material. Sin embargo, la comunidad de investigadores todavía está esperando que se desarrolle todo su potencial, y esto ha llevado a cierta negatividad en torno a este "material maravilloso" propuesto. Esta opinión no se ve favorecida por el hecho de que muchos estudios de investigación sobre el grafeno utilizan versiones defectuosas del grafeno. Esperamos que este artículo pueda restaurar la fe en el grafeno y mostrar que este material tiene un gran potencial para mejorar la tecnología. como pilas de combustible, ahora y en el futuro ".