(PhysOrg.com) - Científicos del Pacific Northwest National Laboratory y de la Princeton University han desarrollado un nuevo soporte de carbono que aumenta en gran medida la durabilidad de las celdas de combustible de membrana de intercambio de protones. Este nuevo material mejora significativamente la estabilidad del catalizador de la pila de combustible y potencialmente reducirá el costo de estas pilas de combustible. Esta investigación revolucionaria alcanzó el número uno en la lista más descargada de Comunicaciones electroquímicas artículos este otoño.

En la actualidad, Las celdas de combustible de membrana de intercambio de protones no se utilizan ampliamente debido al alto costo de fabricación y la resistencia relativamente baja. Para ser comercialmente viable, el costo debe reducirse drásticamente. Estos nuevos soportes de carbono podrían hacer precisamente eso.

Dentro de la celda de combustible de hoy, el platino cataliza la reacción. Las condiciones dentro de la celda de combustible son bastante duras:alta presión, alta temperatura. Bajo estas condiciones, algunas de las partículas de platino se desprenden del soporte, haciéndolos no disponibles para acelerar las reacciones. Algunas de las partículas se agrupan. Cuando esto pasa, las partículas presentan menor área superficial. Y, es en la superficie donde ocurre la reacción. Entonces, menos superficie, menos catálisis. El equipo investigó un nuevo tipo de soporte.

Para este estudio, cortaron grafito, similar al carbón en un lápiz, en capas atómicas individuales para formar láminas densas y arrugadas llamadas láminas de grafeno funcionalizado.

Luego, trataron estas hojas con el catalizador de platino. Usando un microscopio electrónico de transmisión, vieron la diferencia en cómo las partículas de catalizador se unían a las láminas de grafeno y un soporte comercial. Las imágenes mostraron claramente una distribución uniforme de nanopartículas de platino mucho más pequeñas en el grafeno. Usando un espectrómetro de fotoelectrones de rayos X, demostraron que el grafeno tiene más grupos funcionales disponibles para unir el catalizador de platino en comparación con el soporte comercial. Ambos instrumentos se encuentran en el EMSL del DOE, una instalación de usuarios científicos ubicada en PNNL.

Su conclusión fue que las láminas de grafeno tienen una interacción metal-soporte más fuerte y producen partículas de catalizador más pequeñas que son más resistentes a la degradación. Las láminas de grafeno funcionalizadas podrían potencialmente conducir a una estructura más estable, eficiente, y pila de combustible de menor costo.

Este estudio sienta las bases para el trabajo futuro con este prometedor material de carbono. La investigación futura se centrará en aumentar la eficiencia de la fabricación del material y la durabilidad de las láminas de grafeno.