El consumo mundial de energía se está acelerando a un ritmo alarmante. Hay tres causas principales:rápida expansión económica, crecimiento de la población, y una mayor dependencia de los electrodomésticos basados ​​en energía en todo el mundo.

Nuestra creciente demanda de energía y el impacto ambiental de los combustibles tradicionales plantean serios desafíos para la salud humana, seguridad energética, y protección del medio ambiente. Se ha estimado que el mundo necesitará duplicar su suministro de energía para 2050 y es fundamental que desarrollemos nuevos tipos de energía para enfrentar este desafío.

Las pilas de combustible suelen utilizar costosos electrodos de platino, pero una alternativa no metálica podría ser una solución asequible para la seguridad energética. Las pilas de combustible generan electricidad oxidando el combustible en agua, proporcionando energía limpia y sostenible.

El hidrógeno se puede utilizar como combustible. Primero, el hidrógeno se divide en sus electrones y protones constituyentes. Entonces el flujo de electrones genera energía eléctrica, antes de que los electrones y protones se unan con oxígeno reducido, formando agua como único subproducto.

Esta tecnología tiene una alta eficiencia de conversión de energía, prácticamente no genera contaminación, y tiene potencial para uso a gran escala. Sin embargo, la reacción vital que genera oxígeno reducido en las pilas de combustible requiere un catalizador, tradicionalmente un electrodo de platino. Desafortunadamente, el alto costo y los recursos limitados han hecho de este catalizador de metal precioso la principal barrera para las celdas de combustible del mercado masivo.

Desde que se desarrollaron pilas de combustible que utilizan platino para la misión lunar Apolo en la década de 1960, Los investigadores han estado desarrollando catalizadores hechos de aleaciones que contienen platino junto con metales más baratos. Estos catalizadores de aleación tienen un contenido de platino más bajo, sin embargo, la producción en masa comercial todavía requiere grandes cantidades de platino. Para hacer de las pilas de combustible una opción energética viable a gran escala, necesitamos otros eficientes, bajo costo, y electrodos estables.

Anteriormente, descubrimos una nueva clase de catalizadores libres de metales de bajo costo basados ​​en nanotubos de carbono con nitrógeno agregado. que funcionó mejor que el platino en pilas de combustible básicas. El rendimiento catalítico mejorado se puede atribuir a la capacidad de aceptación de electrones de los átomos de nitrógeno, que ayuda a la reacción de reducción de oxígeno. Estos a base de carbono, Los catalizadores libres de metales podrían reducir drásticamente el costo de comercialización de la tecnología de celdas de combustible. Desafortunadamente, a menudo se descubre que son menos eficaces en condiciones ácidas, las condiciones típicas de las pilas de combustible convencionales.

Usando compuestos de carbono con una estructura porosa para aumentar el área de superficie y nanotubos para mejorar la conductividad, Nuestra investigación más reciente demuestra que nuestros nanomateriales pueden catalizar la reducción de oxígeno con la misma eficacia que los catalizadores de metales no preciosos de última generación, y con una estabilidad más prolongada. Este primer intento exitoso de utilizar catalizadores libres de metales a base de carbono en pilas de combustible ácidas podría facilitar la comercialización de pilas de combustible duraderas y asequibles.

Además de las pilas de combustible, Estos nuevos catalizadores de nanomateriales de carbono libres de metales también son electrodos eficientes para células solares de bajo costo. supercondensadores para almacenamiento de energía, y sistemas de división de agua que generan combustible a partir del agua. El uso generalizado de catalizadores libres de metales a base de carbono dará como resultado una mejor economía de combustible, una disminución de las emisiones nocivas, y una menor dependencia de las fuentes de petróleo. Esto podría afectar dramáticamente la vida en un futuro cercano.

Esta historia se publicó por cortesía de The Conversation (bajo Creative Commons-Attribution / Sin derivados).