Investigadores de la Universidad de Tsinghua han ideado un método para combinar el platino y el lantano en una aleación que sirva de catalizador en la próxima generación de pilas de combustible, lo que mejorará su rendimiento y reducirá su coste.
En un artículo publicado en la revista Nano Research, el equipo responsable del desarrollo señala que, hasta ahora, el tipo de pila de combustible más utilizado en diversos dispositivos, desde satélites hasta el transbordador espacial, ha sido la pila de combustible alcalina, cuya invención se remonta a casi un siglo atrás.
Es más probable que la próxima generación se parezca a la pila de combustible de membrana electrolítica de polímero, que también utiliza hidrógeno para producir electricidad pero es mucho más compacta, lo que la hace especialmente atractiva para los vehículos de transporte pesado.
La clave para que estas reacciones electroquímicas sean más eficientes -y, por tanto, para reducir el coste de las pilas de combustible y hacerlas más competitivas frente al uso de combustibles fósiles- es encontrar mejores catalizadores.
De todos estos “electrocatalizadores“ que hacen posible la reacción química clave (la reacción de reducción de oxígeno, o ORR), el platino es, con mucho, el mejor. Pero en el caso de las pilas de combustible de membrana de polímero (PEMFC), en particular, el coste increíblemente elevado del platino ha sido una barrera importante para su adopción.
El hecho de que el platino se degrade tras unos pocos ciclos de uso en el entorno altamente corrosivo de las PEMFC es otro gran obstáculo.
“Así que se busca un electrocatalizador de bajo coste, más resistente a la degradación y, por tanto, estable durante más tiempo, y que además proporcione una densidad de corriente impresionante, es decir, la cantidad de corriente eléctrica por unidad de volumen”, afirma Siyuan Zhu, uno de los autores del trabajo, en un comunicado de prensa. “Y así poder mantener la promesa de la compacidad de las PEMFC”.
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Tierras raras al rescate
La principal opción que se ha barajado para reducir los costes es “diluir” la cantidad de platino necesaria aleándolo con otros metales más baratos que puedan ayudar o incluso mejorar las propiedades catalíticas de Pl.
Los principales candidatos han sido hasta ahora los llamados metales de transición tardía y media, como el hierro, el manganeso, el cromo, el cadmio y el zinc.
Sin embargo, los metales de transición tardía han demostrado no ser inmunes a la disolución en el duro y corrosivo entorno de las PEMFC. Esto no sólo provoca una disminución constante del rendimiento, sino que el metal disuelto reacciona además con los subproductos de la reacción de reducción del oxígeno, causando daños incontrolables en todo el sistema.
En cambio, los primeros metales de transición, como el itrio y el escandio, son mucho más estables.
Pero entre los primeros metales de transición, hay un grupo que hasta ahora se ha pasado por alto: los elementos de tierras raras (REEs).
El problema de los REEs es que presentan una escasa conductividad y solubilidad en medios ácidos. En principio, estos problemas pueden superarse utilizando métodos sintéticos para la producción de una aleación de platino y REEs, pero hasta ahora ha habido pocos informes sobre métodos sintéticos viables.
Por ello, los investigadores de Tsinghua idearon uno para la preparación de una aleación entre el platino y el lantano REE.
La técnica consta de dos sencillos pasos. En primer lugar, obtuvieron sales de lantano y ácido trimésico fácilmente disponibles, y estos dos materiales precursores se autoensamblaron en “varillas” a escala nanométrica. A continuación, impregnaron estos nanorods con platino a 900°C. Esta temperatura tan elevada es necesaria para garantizar un proceso de aleación de los dos metales sin problemas.
Las nanopartículas de platino y lantano resultantes se sometieron a pruebas de estrés para comprobar su rendimiento en una pila de combustible.
El electrocatalizador de aleación superó las expectativas de los investigadores, ya que ofrecía una estabilidad y actividad superiores incluso después de 30.000 ciclos de la pila de combustible.
Una vez demostrado el éxito del lantano como compañero de aleación del platino, los investigadores quieren explorar ahora si otros elementos de tierras raras pueden superar el rendimiento electrocatalítico del lantano cuando se alea con el platino.
Noticia tomada de: MINING / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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