Celdas de combustible, dispositivos que pueden producir electricidad a partir de hidrógeno u otros combustibles sin quemarlos, se consideran una nueva y prometedora forma de alimentar todo, desde hogares y automóviles hasta dispositivos portátiles como teléfonos celulares y computadoras portátiles. Su gran ventaja, la perspectiva de eliminar las emisiones de gases de efecto invernadero y otros contaminantes, se ha visto superada por su muy alto costo. y los investigadores han estado tratando de encontrar formas de hacer que los dispositivos sean menos costosos.

Ahora, un equipo del MIT dirigido por el profesor asociado de ingeniería mecánica y ciencia e ingeniería de materiales, Yang Shao-Horn, ha encontrado un método que promete aumentar drásticamente la eficiencia de los electrodos en un tipo de pila de combustible, que utiliza metanol en lugar de hidrógeno como combustible y se considera prometedor como reemplazo de baterías en dispositivos electrónicos portátiles. Dado que estos electrodos están hechos de platino, aumentar su eficiencia significa que se necesita mucho menos metal caro para producir una determinada cantidad de energía.

La clave para aumentar la eficiencia, el equipo encontró, es cambiar la textura de la superficie del material. Al crear pequeños escalones hacia la superficie en lugar de dejarla suave, La capacidad del electrodo para catalizar la oxidación del combustible y, por lo tanto, producir corriente eléctrica se duplicó aproximadamente en los experimentos. y los investigadores creen que un mayor desarrollo de estas estructuras superficiales podría terminar produciendo aumentos mucho mayores, produciendo más corriente eléctrica para una determinada cantidad de platino.

Sus resultados se publican el 13 de octubre en la Revista de la Sociedad Química Estadounidense . Los ocho autores del artículo incluyen al estudiante graduado en ingeniería química Seung Woo Lee y al investigador postdoctoral en ingeniería mecánica Shuo Chen, junto con Shao-Horn y otros investigadores del MIT, el Instituto de Ciencia y Tecnología de Japón, y el Laboratorio Nacional de Brookhaven.

"Uno de nuestros enfoques de investigación es desarrollar catalizadores activos y estables, "Shao-Horn dice, y este nuevo trabajo es un paso significativo hacia "descubrir cómo la estructura atómica de la superficie puede mejorar la actividad del catalizador" en las celdas de combustible de metanol directo.

Resolviendo una controversia

En sus experimentos, El equipo utilizó nanopartículas de platino depositadas en la superficie de nanotubos de carbono de paredes múltiples. Lee dice que muchas personas han estado experimentando con el uso de nanopartículas de platino para celdas de combustible, pero los resultados del efecto del tamaño de partícula sobre la actividad hasta ahora han sido contradictorios y controvertidos. "Algunas personas ven aumentar la actividad, algunas personas ven una disminución "en la actividad a medida que disminuye el tamaño de las partículas." Ha habido una controversia acerca de cómo el tamaño afecta la actividad ".

El nuevo trabajo muestra que el factor clave no es el tamaño de las partículas, sino los detalles de su estructura superficial. "Mostramos los detalles de los pasos de superficie presentados en nanopartículas, y relacionar la cantidad de pasos de la superficie con la actividad ", dice Chen. Al producir una superficie con varios pasos, el equipo duplicó la actividad del electrodo, y los miembros del equipo ahora están trabajando en la creación de superficies con aún más pasos para intentar aumentar aún más la actividad. Teóricamente ellos dicen, debería ser posible mejorar la actividad en órdenes de magnitud.

Shao-Horn sugiere que el factor clave es la adición de los bordes de los escalones, que parecen proporcionar un sitio donde es más fácil para los átomos formar nuevos enlaces. La adición de pasos crea más de esos sitios activos. Además, el equipo ha demostrado que las estructuras escalonadas son lo suficientemente estables como para mantenerse durante cientos de ciclos. Esa estabilidad es clave para poder desarrollar pilas de combustible de metanol directo prácticas y efectivas.

Los miembros del equipo también esperan comprender si los pasos mejoran la otra parte del proceso que tiene lugar en una celda de combustible. Este estudio analizó la mejora de la oxidación, pero el otro lado de una pila de combustible sufre una reducción de oxígeno. ¿La adición de escalones a la superficie también mejora la reducción de oxígeno? "Necesitamos averiguar por qué lo hace, o por qué no, ", Dice Shao-Horn. Los investigadores esperan tener respuestas a esa pregunta en los próximos meses.

Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Massachusetts (noticias:web)