Crean una célula de combustible de hidrógeno más duradera que cualquier otra previa

Unos investigadores han desarrollado una nueva célula (celda) de combustible de hidrógeno que no solo es la más duradera del mundo hasta la fecha (según los criterios de evaluación que utiliza el Departamento de Energía de Estados Unidos), sino que también es más rentable, lo que abre el camino a una aplicación más amplia de este dispositivo de energía respetuoso con el medio ambiente.

El logro es obra del equipo de Minhua Shao, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST) en China.

La célula de combustible de hidrógeno es una prometedora opción de energía limpia, ya que solo usa hidrógeno y oxígeno en su proceso de generación de electricidad. No emite dióxido de carbono, ni materia particulada ni otros agentes contaminantes que puedan ensuciar el aire y provocar problemas de salud. A pesar de sus ventajas medioambientales y de los muchos años de desarrollo que se han invertido en ella, la célula de combustible de hidrógeno aún no se ha comercializado ampliamente. Esto se debe a que su generación de energía depende en buena medida de un electrocatalizador, compuesto en gran parte por platino, un metal carísimo.

Diversos equipos de científicos se han esforzado en los últimos años para desarrollar alternativas al platino, sustituyéndolo por materiales más comunes y baratos, como combinaciones de hierro, nitrógeno y carbono, pero esos materiales han demostrado ser ineficaces en la generación de energía o los catalizadores hechos con ellos duran muy poco.

Ahora, Shao y sus colegas han encontrado una nueva fórmula que no solo puede reducir la proporción de platino utilizada en un 80 por ciento, sino que también establece un récord en cuanto al nivel de durabilidad de la célula.

Minhua Shao con el prototipo de la nueva célula de combustible de hidrógeno. (Foto: HKUST)

A pesar de la baja proporción de platino, el nuevo catalizador híbrido desarrollado por el equipo consiguió mantener la actividad catalítica del platino en un 97% tras 100.000 ciclos de prueba de estrés acelerado. Cada ciclo constó de 3 segundos con nivel de tensión a 0,6 voltios, seguidos de otros 3 segundos con nivel de tensión a 0,9 voltios. La conservación de la actividad catalítica es notable en comparación con la del catalizador típico para funciones de esta clase, que sufre una caída de más del 50% en su rendimiento tras 30.000 ciclos.

En otra prueba, la nueva célula de combustible no mostró ningún descenso de rendimiento tras funcionar durante 200 horas, tomando como referencia el valor de 0,6 voltios.

Una de las razones que explican este extraordinario rendimiento es el hecho de que el nuevo catalizador tiene tres sitios activos diferentes para la reacción, en vez de uno solo como tienen los catalizadores actuales. Utilizando una fórmula que contiene platino atómicamente disperso, átomos de hierro individuales y nanopartículas de platino-hierro, la nueva mezcla acelera la velocidad de reacción y alcanza una actividad catalítica 3,7 veces superior a la del propio platino.

Shao y sus colegas exponen los detalles técnicos de su nueva célula de combustible en la revista académica Nature Catalysis, bajo el título “Atomically dispersed Pt and Fe sites and Pt–Fe nanoparticles for durable proton exchange membrane fuel cells”. (Fuente: NCYT de Amazings)