Piles de combustible d'hidrogen.

Les piles de combustible d'hidrogen convencionals, prometen ser fonts d'energia netes i eficients per a vehicles i altres aplicacions, però depenen de catalitzadors de metalls preciosos que encareixen el seu cost. Una nova pila de combustible d'hidrogen sense metalls preciosos ha obtingut un rendiment i una durabilitat record amb costos insignificants de catalitzadors.

L'hidrogen, l'element més comú de l'univers,  durant molt de temps ha estat una alternativa energètica neta i abundant als combustibles fòssils, o almenys com un ampli mitjà d'emmagatzematge per a l'energia generada amb renovables per fer funcionar maquinària gran com trens, avions i camions. Quan l'hidrogen reacciona amb l'oxigen de les piles de combustible per generar electricitat, en lloc de produir contaminants com fan els combustibles fòssils, el resultat és simplement aigua.

Les piles de combustible d'hidrogen estàndard, es basen en productes químics àcids i catalitzadors fets de metalls preciosos com és el platí, per impulsar les reaccions entre l'hidrogen i l'oxigen que generen electricitat. En canvi, les piles de combustible d'electròlits de polímers alcalins es basen en productes químics alcalins i poden utilitzar metalls que són molt abundants com a catalitzadors, eliminant així la necessitat de metalls preciosos. Tanmateix, aquestes últimes piles de combustible encara no tenen un rendiment i una durabilitat  comparable a les piles de combustible convencionals.

No obstant, s'ha desenvolupat una pila de combustible d'electròlits de polímer alcalí sense metalls preciosos amb una densitat de potència màxima rècord de 210 mW per centímetre quadrat, més de cinc vegades més potència que els models anteriors.

El nou dispositiu es basa en un catalitzador fet d'un nucli sòlid de níquel envoltat d'una carcassa de 2 nm de gruix feta de carboni dopat amb nitrogen. Aquest catalitzador es troba a l'ànode, on l'hidrogen s'oxida, o perd electrons, i es combina amb un catalitzador de cobalt-manganès al càtode, on l'oxigen es redueix o guanya electrons.

Les capes de carboni del nou catalitzador d'ànode ajuden a augmentar la velocitat a la qual s'oxida l'hidrogen, i el nitrogen d'aquestes capes de carboni pot servir per estimular l'oxidació, augmentant en conjunt el rendiment de la pila de combustible. A més, la carcassa del catalitzador de l'ànode impedeix que el níquel s'oxidi per formar òxids de níquel que poden frenar dràsticament l'oxidació de l'hidrogen i fer que el catalitzador es deteriori.

Aquest nou catalitzador, també va resultar molt més tolerant al monòxid de carboni respecte al platí. La producció comercial de gas d'hidrogen, sovint dóna lloc a traces de monòxid de carboni, de manera que una alta tolerància al monòxid de carboni és clau per a les aplicacions pràctiques de les piles de combustible d'hidrogen.

Aquesta nova pila de combustible podria funcionar de manera estable durant més de 100 hores. En comparació, una altra pila de combustible sense metalls preciosos que utilitzava nanopartícules de níquel essencialment la qual, la seva vida va ser de 5 hores.

Una pila de combustible convencional amb catalitzadors de metalls preciosos que operen en condicions àcides, pot oferir entre 1,2 i 1,5 W per centímetre quadrat, això és entre 5 i 7 vegades més. Tot i així, cal tenir en compte que les piles de combustible àcides han estat durant dècades en desenvolupament, mentre que les alcalines només fa menys de 10 anys. S'està segurs que amb més desenvolupaments i una mica d'optimització, es podria arribar a 1 W per cm quadrat en un termini de 2 o 3 anys, cosa que seria un potencial gran avenç.

Les propers  investigacions, podrien augmentar la durabilitat de la pila de combustible millorant les membranes de suport dins del dispositiu, tot i que, aquests resultats són molt prometedors, encara manca molta feina a fer.

Font: Proceedings of the National Academy of Sciences .