Un solo dispositivo que genera combustible y oxidante a partir del agua y, cuando se acciona un interruptor, convierte el combustible y el oxígeno en electricidad y agua, tiene una serie de beneficios para los terrestres, aplicaciones espaciales y militares. Desde bajo impacto ambiental hasta alta densidad energética, el desarrollo de pilas de combustible regenerativas unitarias eficientes, o URFC como se les llama, ha estado en la mira de los investigadores durante años.

Pero para ser realmente eficiente un URFC necesita catalizadores bifuncionales. Esto significa, en modo electrolizador, Los catalizadores deben facilitar la descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno. y, en modo pila de combustible, facilitar su recombinación en agua. Ahora, trabajando en el laboratorio de Vijay Ramani, el profesor universitario distinguido Roma B. &Raymond H. Wittcoff, un equipo de investigadores ha encontrado un excelente catalizador bifuncional para el electrodo de oxígeno.

Su trabajo fue publicado en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

"A diferencia del electrodo de hidrógeno, donde el platino es un catalizador bifuncional eficaz, Es muy difícil identificar un catalizador adecuado para el electrodo de oxígeno debido a la lenta cinética de reducción de oxígeno y evolución de oxígeno. "dijo Pralay Gayen, actualmente trabajando en Intel, quien fue investigador asociado postdoctoral en el laboratorio de Ramani en la Escuela de Ingeniería McKelvey en la Universidad de Washington en St. Louis y se desempeñó como el primer autor del artículo.

Sulay Saha, un asociado de investigación postdoctoral en el laboratorio de Ramani, y la investigación de Gayen se guió por los primeros principios, teniendo en cuenta las propiedades fundamentales de diferentes sustancias antes de dirigirse al laboratorio para probar catalizadores potenciales.

Junto con el ex investigador de pregrado y coautor Xinquan Liu, el equipo finalmente identificó y desarrolló Pt-Pyrochlore, un compuesto de platino y pirocloro de rutenato de plomo, que produjo una alta bifuncionalidad.

El "índice de bifuncionalidad" es una medida de la capacidad del catalizador para facilitar tanto la dirección directa como la inversa de una reacción. "Queremos que el índice sea bajo, "dijo Kritika Sharma, un doctorado estudiante de ingeniería. "Cero, idealmente ". Este nuevo catalizador tiene un índice de bifuncionalidad de 0.56 voltios, muy bajo en comparación con otros catalizadores reportados. Cuando se usa en un dispositivo URFC desarrollado por el laboratorio, el catalizador permitió una eficiencia energética de ida y vuelta (RTE) del 75%, la eficiencia de ida y vuelta más alta reportada en este tipo de URFC.

Con tan alta eficiencia, Los URFC desarrollados son adecuados para aplicaciones como sumergibles, drones naves espaciales y estaciones espaciales, así como para el almacenamiento de energía fuera de la red.