Un tenaz investigador postdoctoral persuadió al profesor Marc Koper para que investigara la reacción de reducción de oxígeno. A los ojos de Koper, había poco de interés allí. Pero pronto descubrieron una forma completamente nueva de mejorar las celdas de combustible con hidrógeno y oxígeno. Su artículo apareció en Nature Catalysis el 7 de julio.

Hay pocos automóviles impulsados ​​por hidrógeno circulando por los Países Bajos:uno de ellos, un Toyota Mirai, es propiedad del director de Shell Nederland, Marjan van Loon. Marc Koper, profesor de Catálisis y Química de Superficies, dijo:"Ella es una de las pocas que realmente puede llenarse con hidrógeno en los Países Bajos, en Shell en Ámsterdam".

Toyota está trabajando en pilas de combustible mejores y más eficientes para poder introducir la conducción con hidrógeno a gran escala. Pero la tecnología aún no ha avanzado tanto, ya que existen dos problemas principales. En primer lugar, se necesita demasiado del raro metal platino en las celdas de combustible. En segundo lugar, la parte de la reacción que convierte el oxígeno en agua, la llamada reacción de reducción de oxígeno, tiene que volverse más eficiente.

Se pensó que el enlace de oxígeno más débil era la única perilla a girar

Durante años, los investigadores han pensado que solo hay una forma de hacer que la reducción de oxígeno sea más eficiente. En la celda de combustible con dos polos, el ánodo y el cátodo, esa reacción tiene lugar en el cátodo en el que hay muchas partículas pequeñas de platino. El oxígeno se descompone allí en átomos de oxígeno unidos al platino. Estos átomos luego reaccionan más para formar el producto final, agua.

Koper:"La teoría actual es que tenemos que buscar un cátodo que retenga los átomos de oxígeno con un poco menos de fuerza. Y también, que esta es la única perilla que puede girar para facilitar la reducción de oxígeno. Toyota usa un cátodo que contiene platino y algo de cobalto. Este cobalto ayuda a debilitar la unión del oxígeno al platino. Así que esa teoría funciona bien".

Koper es uno de los científicos más citados del mundo, recibió muchas subvenciones y fue galardonado con el premio científico holandés más grande y prestigioso en 2021. Recibió el Premio Spinoza de 2,5 millones de euros en parte porque su investigación puede contribuir a la transición energética. Investiga cómo la energía eléctrica puede ayudar a formar o romper compuestos químicos. Esto le permitiría almacenar energía verde, de modo que pueda guardarla para cuando el sol no brille o el viento amaine.

Pero eso no es lo que le interesa a Koper

Koper es honesto acerca de sus motivos:no están relacionados con la mejora del mundo. “Quiero entender a nivel atómico qué sucede cuando envías electricidad a través de una celda electroquímica”, dijo en una entrevista con motivo de su Premio Spinoza. La búsqueda de un mejor cátodo para unir el oxígeno con menos fuerza no es tan emocionante para él, por importante que sea el problema. "En mi opinión, no hay mucho más que ganar científicamente ajustando el cátodo con la mejor proporción de cobalto a platino".

Pero entonces el postdoctorado Mingchuan Luo vino a trabajar para Koper. "Él insistió en trabajar en la reducción de oxígeno". Koper entonces propuso averiguar qué sucede si juegas con la composición del electrolito, el medio que separa el ánodo del cátodo. El electrolito contiene una cierta concentración de iones cargados negativamente:aniones. Luo experimentó con diferentes concentraciones de aniones.

Descubrieron una nueva perilla para girar

Koper:"Entonces descubrimos que la reducción de oxígeno a veces va más rápido de lo esperado, aunque la unión del oxígeno al cátodo parece más fuerte. Por lo tanto, la idea predominante de que solo se puede lograr una reducción de oxígeno más eficiente con enlaces de oxígeno más débiles es incorrecta. Parece que esos aniones en el electrolito influyen en otro proceso en la reacción de reducción de oxígeno. A saber:la facilidad con la que esos átomos de oxígeno unidos al platino se convierten en hidróxido (OH-), el último paso antes de hacer agua. Esto nos da una nueva perilla para turno, que es fundamentalmente diferente del habitual".

Entonces, en lugar de una sola ruta hacia celdas de hidrógeno más eficientes, hay al menos dos. Esto es muy interesante para Koper, quien principalmente quiere entender qué sucede a nivel molecular y por qué estos aniones juegan un papel tan importante. Sus colegas de Toyota también lo encontrarán interesante, aunque no pueden hacer grandes progresos con él de inmediato. "Por el momento, esta nueva perspectiva plantea principalmente nuevas preguntas. Ahora tenemos que ir y averiguar exactamente qué está pasando". + Explora más

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