Les piles de combustible han estat considerades com una potent font d'energia. Aquests dispositius, inventats en la dècada del 1830, generen electricitat directament a partir de productes químics, com l'hidrogen i l'oxigen, i només produeixen vapor d'aigua com a emissions. Però la majoria de les piles de combustible són massa cares, ineficients o ambdues coses alhora.
En un nou enfocament, inspirat en la biologia i publicat el 3 d'octubre del 2018 a la revista Joule , l'equip de la Universitat de Wisconsin-Madison ha dissenyat una pila de combustible que utilitza materials més econòmics amb un compost orgànic que transporta electrons i protons.
En una pila de combustible tradicional, els electrons i els protons de l'hidrogen es transporten d'un elèctrode a un altre, on es combinen amb l'oxigen per produir aigua. Aquest procés converteix l'energia química en electricitat. Per generar una quantitat significativa de càrrega en un temps prou curt, cal un catalitzador per accelerar les reaccions.
Ara mateix, el millor catalitzador del mercat és el platí, però té un alt preu. Això fa que les piles de combustible siguin cares i és una de les raons per les quals només hi ha uns quants milers de vehicles que funcionen amb combustible d'hidrogen per les carreteres nord-americanes.
Shannon Stahl, professor de química UW-Madison que va dirigir l'estudi en col·laboració amb Thatcher Root, professor d'enginyeria química i biològica, diu que els metalls menys costosos poden ser utilitzats com a catalitzadors en les piles de combustible actuals, però només si s'utilitzen en grans quantitats. "El problema és que quan s'adhereix massa d'un catalitzador a un elèctrode, el material es torna menys eficaç, donant lloc a una pèrdua d'eficiència energètica".
La solució adoptada per l'equip, ha estat empaquetar un metall i cobalt de baix cost en un reactor, on la major quantitat de material no interfereixi amb el seu rendiment. L'equip va desenvolupar una estratègia per llançar electrons i protons d'aquest reactor cap a la pila de combustible.
El vehicle adequat per a aquest transport va resultar ser un compost orgànic, anomenat quinona, que pot transportar dos electrons i protons a la vegada. En el disseny de l'equip, una quinona recull aquestes partícules a l'elèctrode de les piles de combustible, les transporta al reactor ple d'un catalitzador de cobalt de baix cost i després torna a la pila de combustible per recollir més "passatgers".
Moltes quinones es degraden en una substància semblant al estar a només durant unes quantes rondes. El laboratori de Stahl, però, va dissenyar un derivat de quinones ultra-estable de manera que al modificar la seva estructura, l'equip va reduir dràsticament el deteriorament de la quinona. De fet, els compostos que van aconseguir van durar fins a 5.000 hores, un augment de la vida de més de 100 vegades respecte a les estructures de quinones anteriors.
Si bé no és la solució final, aquest concepte introdueix un nou enfocament per abordar els problemes en aquest camp. La producció d'energia del nou disseny produeix al voltant del 20 per cent del que és possible en les piles de combustible d'hidrogen que hi han actualment disponibles en el mercat. D'altra banda, el sistema és 100 vegades més efectiu que les cel·les de biocarburants que utilitzen transbordadors orgàniques relacionats.
El següent pas per a Stahl i el seu equip és aconseguir el rendiment dels mediadors de la quinona, el que els permet transmetre els electrons amb més eficàcia i produir més energia. Aquest avanç permetrà que el seu disseny coincideixi amb el rendiment de les piles de combustible convencionals , però amb un preu més baix.
L'objectiu final d'aquest projecte, és donar a la indústria opcions lliure de carboni per crear electricitat. L'objectiu és descobrir què necessita la indústria i crear una pila de combustible que ompli aquest forat.
Aquest pas en el desenvolupament d'una alternativa més barata podria eventualment ser un avantatge per a empreses com Amazon o Home Depot que ja utilitzen piles de combustible d'hidrogen per conduir carretons a les seves naus. Malgrat els grans obstacles, l'economia de l'hidrogen sembla estar creixent
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada