El vehículo eléctrico Toyota Mirai 2019 promociona cero emisiones, gracias a una celda de combustible que funciona con hidrógeno en lugar de gasolina. Pero el Mirai apenas ha salido de California, en parte porque los electrodos de celda de combustible de hoy están hechos de platino súper caro.
Reducir el platino también reduciría los costos, permitiendo que más autos eléctricos lleguen al mercado.
Un nuevo método toma algo de pensamiento de "Ricitos de oro", la cantidad justa, para evaluar cuánto metal se necesitaría para los electrodos de pila de combustible. La técnica utiliza las fuerzas en la superficie de un metal para identificar el grosor ideal del electrodo.
"Hay exactamente la cantidad correcta de metal que dará a los electrodos de celda de combustible las mejores propiedades", dijo Jeffrey Greeley, profesor de ingeniería química en Purdue. "Si son demasiado gruesos o demasiado delgados, la reacción principal para desplegar un combustiblela celda no funciona tan bien, así que hay una especie de principio de Ricitos de Oro aquí "
El estudio, que se publicará en la edición del 22 de febrero de la revista ciencia , fue un esfuerzo de colaboración entre la Universidad Johns Hopkins, la Universidad de Purdue y la Universidad de California en Irvine.
Los investigadores probaron su teoría sobre el paladio, un metal muy similar al platino.
"Estamos esencialmente usando la fuerza para ajustar las propiedades de las láminas metálicas delgadas que forman los electrocatalizadores, que son parte de los electrodos de las celdas de combustible", dijo Greeley. "El objetivo final es probar este método en una variedad de metales"
Las celdas de combustible convierten el hidrógeno, combinado con algo de oxígeno, en electricidad a través de la llamada reacción de reducción de oxígeno que inicia un electrocatalizador. Encontrar exactamente el grosor adecuado estresa la superficie del electrocatalizador y mejora qué tan bien realiza esta reacción.
En el pasado, los investigadores han intentado usar fuerzas externas para expandir o comprimir la superficie de un electrocatalizador, pero al hacerlo se arriesgó haciendo que el electrocatalizador fuera menos estable.
En cambio, el grupo de Greeley predijo mediante simulaciones por computadora que la fuerza inherente sobre la superficie de un electrocatalizador de paladio podría manipularse para obtener las mejores propiedades posibles.
Según las simulaciones, un electrocatalizador de cinco capas de espesor, cada capa tan delgada como un átomo, sería suficiente para optimizar el rendimiento.
"No luches contra las fuerzas, úsalas", dijo Zhenhua Zheng, un investigador postdoctoral de Purdue en ingeniería química, y co-primer y co-autor correspondiente en este artículo. "Esto es algo así como algunas estructuras en arquitectura nono necesita vigas o columnas externas porque las fuerzas de tensión y compresión están distribuidas y equilibradas "
Los experimentos en el laboratorio de Chao Wang en Johns Hopkins confirmaron las predicciones de simulación, encontrando que el método puede aumentar la actividad del catalizador de 10 a 50 veces, usando 90 por ciento menos del metal que el que se usa actualmente en los electrodos de pila de combustible.
Esto se debe a que la fuerza superficial en los electrodos atómicamente delgados ajusta la tensión, o la distancia entre los átomos, de las láminas de metal, alterando sus propiedades catalíticas.
"Al ajustar el grosor del material, pudimos crear más tensión. Esto significa que tienes más libertad para acelerar la reacción que deseas en la superficie del material", dijo Wang.
El estudio fue apoyado por múltiples entidades, incluido el Departamento de Energía de los EE. UU., El Centro Nacional de Computación Científica de Investigación Energética y la Fundación Nacional de Ciencia.
El trabajo se alinea con la celebración Purdue's Giant Leaps, reconociendo los avances globales de la universidad hacia una economía y un planeta sostenibles como parte del 150 aniversario de Purdue. Este es uno de los cuatro temas del Ideas Festival de la celebración de un año, diseñado para mostrar a Purdue como uncentro intelectual para resolver problemas del mundo real.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Purdue . Original escrito por Kayla Wiles. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :