Las pilas de combustible de hidrógeno convierten el hidrógeno en electricidad con vapor de agua como único subproducto, lo que las convierte en una atractiva alternativa ecológica para la energía portátil, especialmente para los vehículos.

Sin embargo, su uso generalizado se ha visto obstaculizado en parte por el costo de uno de los componentes principales. Para facilitar la reacción que produce la electricidad, las pilas de combustible se basan en un catalizador hecho de platino, que es caro y escaso.

Ahora, un equipo europeo dirigido por investigadores del Imperial College London ha creado un catalizador que utiliza solo hierro, carbono y nitrógeno, materiales que son baratos y fácilmente disponibles, y ha demostrado que se puede usar para operar una celda de combustible a alta potencia. Sus resultados se publican hoy en Nature Catalysis .

El investigador principal, el profesor Anthony Kucernak, del Departamento de Química de Imperial, dijo:"Actualmente, alrededor del 60% del costo de una sola celda de combustible es el platino para el catalizador. Para hacer de las celdas de combustible una alternativa viable real a los combustibles fósiles, vehículos motorizados, por ejemplo, necesitamos reducir ese costo.

"Nuestro diseño de catalizador más económico debería hacer que esto sea una realidad y permitir el despliegue de sistemas de energía significativamente más renovables que utilicen hidrógeno como combustible, lo que en última instancia reducirá las emisiones de gases de efecto invernadero y pondrá al mundo en el camino hacia las emisiones netas cero".

La innovación del equipo fue producir un catalizador en el que todo el hierro se dispersaba como átomos individuales dentro de una matriz de carbono eléctricamente conductora. El hierro de un solo átomo tiene diferentes propiedades químicas que el hierro a granel, donde todos los átomos están agrupados, lo que lo hace más reactivo.

Estas propiedades hacen que el hierro impulse las reacciones necesarias en la pila de combustible, actuando como un buen sustituto del platino. En las pruebas de laboratorio, el equipo demostró que un catalizador de hierro de un solo átomo tiene un rendimiento que se acerca al de los catalizadores a base de platino en un sistema de pila de combustible real.

Además de producir un catalizador más económico para las celdas de combustible, el método que desarrolló el equipo podría adaptarse a otros catalizadores para otros procesos, como reacciones químicas que usan oxígeno atmosférico como reactivo en lugar de oxidantes químicos costosos, y en el tratamiento de aguas residuales. usar aire para eliminar contaminantes dañinos.

El primer autor, el Dr. Asad Mehmood, del Departamento de Química de Imperial, dijo:"Hemos desarrollado un nuevo enfoque para fabricar una gama de catalizadores de 'un solo átomo' que ofrecen la oportunidad de permitir una gama de nuevos procesos químicos y electroquímicos. Específicamente , usamos un método sintético único, llamado transmetalación, para evitar la formación de grupos de hierro durante la síntesis. Este proceso debería ser beneficioso para otros científicos que buscan preparar un tipo similar de catalizador".

El equipo colaboró ​​con el fabricante británico de catalizadores para pilas de combustible, Johnson Matthey, para probar el catalizador en los sistemas apropiados y espera ampliar su nuevo catalizador para que pueda usarse en pilas de combustible comerciales. Mientras tanto, están trabajando para mejorar la estabilidad del catalizador, de modo que iguale al platino en durabilidad y rendimiento. + Explora más

Métodos de síntesis a gran escala para catalizadores de un solo átomo para pilas de combustible alcalinas