Al mismo tiempo que Honda y Toyota están introduciendo autos con celdas de combustible en el mercado de EE. UU., Un equipo de investigadores de la Universidad de Vanderbilt, Nissan North America y el Instituto de Tecnología de Georgia se han unido para crear una nueva tecnología diseñada para dar más fuerza a las celdas de combustible.
El proyecto es parte de un programa del Departamento de Energía de $ 13 millones para mejorar el rendimiento y la durabilidad de las celdas de combustible y las tecnologías de almacenamiento de hidrógeno anunciadas el mes pasado.
La colaboración de $ 4.5 millones se basa en una nueva tecnología de estera de nanofibras desarrollada por Peter Pintauro, el profesor de ingeniería química H. Eugene McBrayer en Vanderbilt, que reemplaza los electrodos convencionales utilizados en las celdas de combustible. Los electrodos de nanofibras aumentan la potencia de salida del combustibleLas células han sido patentadas por Vanderbilt y con licencia para Merck KGaA en Alemania, que está trabajando con los principales fabricantes de automóviles para aplicarla a la próxima generación de celdas de combustible automotriz.
Las celdas de combustible se inventaron en 1839, pero su primera aplicación en el mundo real no fue hasta la década de 1960 cuando la NASA las usó para impulsar la nave espacial Apollo. Las celdas de combustible necesitan combustible y aire para funcionar, como un motor de gasolina, pero producen electricidad,como una batería. En las células de combustible de hidrógeno / aire, el hidrógeno fluye hacia un lado del dispositivo. El aire se bombea hacia el otro lado. En el ánodo, el hidrógeno se oxida en protones. Los protones fluyen hacia el cátodo donde se canaliza el aire, reduciendo el oxígeno para formar agua. Los catalizadores especiales en el ánodo y el cátodo permiten que estas reacciones ocurran espontáneamente, produciendo electricidad en el proceso. Las celdas de combustible convierten el combustible en electricidad con eficiencias que van del 40 al 60 por ciento. No tienen partes móviles, por lo queson muy silenciosos. Como el único producto de desecho es el agua, son ecológicos.
Las esteras de fibra de polímero porosa reemplazan los electrodos sólidos
Las celdas de combustible convencionales usan láminas delgadas de partículas de catalizador mezcladas con un aglutinante polimérico para los electrodos. El catalizador es típicamente platino sobre polvo de carbono. El enfoque de Vanderbilt reemplaza estas láminas sólidas con esteras hechas de una maraña de fibras poliméricas que son cada una una fraccióndel grosor de un cabello humano hecho por un proceso llamado electrohilado. Las partículas de catalizador se unen a las fibras. El diámetro muy pequeño de las fibras significa que hay una mayor superficie de catalizador disponible para las reacciones de hidrógeno y oxígeno durante la pila de combustible.operación. Los poros entre las fibras en el electrodo de estera también facilitan la eliminación del agua residual. La estructura única del electrodo de fibra da como resultado una mayor potencia de la pila de combustible, con platino menos costoso.
Partículas catalíticas octogonales más efectivas
Mientras tanto, en Georgia Tech, el profesor de ingeniería biomédica Yuounan Xia ha desarrollado un método para controlar cuidadosamente la forma del catalizador de nanopartículas para pilas de combustible. En particular, ha producido nanopartículas de platino-níquel con una forma octogonal regular. Teóricamente, estas partículas deberían ser máseficaz que el polvo negro de platino comercial que ahora se usa como catalizador de reducción de oxígeno en las células de combustible de hidrógeno / aire.
"La combinación del catalizador de Georgia Tech con la tecnología de electrodos de nanofibras de Vanderbilt podría cambiar las reglas del juego para el desarrollo y comercialización de celdas de combustible automotrices", dijo Pintauro.
En el nuevo proyecto DOE, el grupo de Pintauro fabricará electrodos de nanofibras que contienen los catalizadores de nanopartículas de Xia. Los electrodos se enviarán al Centro Técnico Nissan de América del Norte, donde un equipo de investigadores dirigido por Nilesh Dale, el gerente de investigación de celdas de combustible,evaluar su desempeño bajo condiciones de operación automotriz.
Los equipos de investigación también trabajarán con científicos en los laboratorios nacionales: Laboratorio Nacional de Oak Ridge, Laboratorio Nacional de Los Alamos, Laboratorio Nacional de Energía Renovable y Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, en un esfuerzo por mejorar la comprensión científica de por qué las celdas de combustiblefunciona mejor con electrodos de estera de nanofibras.
"En este momento, gran parte del trabajo de investigación sobre electrodos de pila de combustible es muy edisoniano", dijo Pintauro. "Se trata principalmente de experimentos de prueba y error. No sabemos qué sucederá cuando cambiemos la composición o estructura de los electrodosen celdas de combustible de hidrógeno / aire. Con una mejor comprensión de la interdependencia de la composición y la nanoestructura de los electrodos de fibra, podríamos acelerar el ritmo de nuestra investigación, lo que nos ayudaría a alcanzar los objetivos de costo y rendimiento necesarios para la comercialización de celdas de combustible automotrices ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Vanderbilt . Original escrito por David F. Salisbury. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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