La figura de la izquierda muestra las tendencias del precio del platino durante las últimas dos décadas y la figura de la derecha explica la alternativa:las celdas de combustible de membrana de intercambio aniónico (AEMFC). Crédito:QIN Shuai et al.
Como la energía renovable más limpia, La energía del hidrógeno ha atraído una atención especial en investigaciones recientes. Sin embargo, la comercialización de las tradicionales pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC), que consumen hidrógeno y producen electricidad, está seriamente restringido debido a la reacción química del cátodo de PEMFC que depende en gran medida de los costosos catalizadores a base de platino.
Una solución es cambiar el electrolito ácido de los PEMFC a alcalino. Estas pilas de combustible se denominan pilas de combustible de membrana de intercambio aniónico (AEMFC), y permiten el uso de elementos metálicos más baratos como Co, Ni o Mn para diseñar electrocatalizadores.
El equipo de investigación dirigido por el profesor Gao Minrui de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) siguió esta solución y desarrolló una forma práctica y escalable de fabricar una nueva aleación de Ni-W-Cu, Ni 5.2 WCu 2.2 , como cátodo para AEMFC. El resultado fue publicado el Comunicaciones de la naturaleza .
El equipo creció primero Cu (OH) 2 nanocables de un esqueleto de cobre de espuma tridimensional por oxidación anódica. Los nanocables obtenidos se sumergieron luego en una solución que contenía elementos de Ni y W. Después de la síntesis hidrotermal y el recocido, se produjo la aleación Ni-W-Cu.
El ternario Ni 5.2 WCu 2.2 La aleación puede catalizar la oxidación del hidrógeno en un medio alcalino 4,31 veces más eficiente que el ánodo de referencia de platino / carbono.
Tiene un potencial de oxidación tan alto como 0.3V en comparación con el electrodo de hidrógeno reversible y puede mantener una alta actividad por hasta 20 h bajo tal sobrepotencial. ánodos de avance basados en metales que no pertenecen al grupo del platino.
Diagrama de síntesis de Ni5.2WCu2.2 y un electrodo de Ni5.2WCu2.2 de tamaño 3 × 10cm2 obtenido de esta manera. Crédito:QIN Shuai et al.
El catalizador de aleación también mostró una excelente resistencia al envenenamiento por CO, y mantuvo una alta actividad en 20000 ppm CO / H 2 atmósfera mixta.
El análisis mostró que la densidad proyectada de estados de Ni 5.2 WCu 2.2 aleación se encuentra en el nivel más bajo de Fermi, lo que indica que la aleación tiene la energía óptima de enlace de hidrógeno. El efecto de aleación de elementos múltiples convierte a la aleación a base de Ni en un catalizador de alta actividad y ofrece resistencia a la oxidación.
Este trabajo arroja luz sobre la exploración adicional de aleaciones de elementos múltiples compuestos de metales baratos, ayudando así al desarrollo de catalizadores de oxidación de hidrógeno más eficientes para ánodos AEMFC.
