Vea También
 |
| La determinación de la densidad y la dinámica de localización de los átomos de hierro permite alcanzar un nivel de eficiencia en la reacción de oxidación de las pilas de combustible nunca antes visto. Crédito: Universidad de Texas en Austin / Escuela de Ingeniería Cockrell |
La demanda de energía limpia nunca ha sido tan alta, y ha creado una carrera mundial para desarrollar nuevas tecnologías como alternativas a los combustibles fósiles. Una de las tecnologías energéticas más tentadoras es la de las pilas de combustible. Utilizan hidrógeno como combustible para producir electricidad de forma limpia y podrían alimentar desde camiones de largo recorrido hasta grandes procesos industriales.
Sin embargo, las pilas de combustible se ven frenadas por la lentitud de una parte de la reacción química central que limita su eficacia. Sin embargo, investigadores de la Universidad de Texas en Austin han descubierto una nueva dinámica que podría potenciar esta reacción utilizando catalizadores de un solo átomo basados en el hierro.
El avance
Los investigadores desarrollaron un nuevo método para mejorar la parte de reducción de oxígeno de la reacción química en las pilas de combustible, en la que las moléculas de O2 se dividen para crear agua. Lo hicieron mediante una "estrategia de anclaje de hidrogeles" que crea conjuntos densamente empaquetados de átomos de hierro mantenidos en su lugar por un polímero de hidrogel. Al encontrar la fórmula adecuada para espaciar estos átomos se crearon interacciones que les permitieron transformarse en catalizadores para la reducción del oxígeno.
El descubrimiento de la densidad y la dinámica de localización de estos átomos de hierro permite alcanzar un nivel de eficacia en esta reacción nunca antes visto. Los investigadores demostraron estos hallazgos en un nuevo artículo publicado recientemente en Nature Catalysis.
Por qué es importante
La reacción de reducción del oxígeno es quizá el mayor impedimento para la implantación a gran escala de las pilas de combustible. La promesa de las pilas de combustible reside en el hecho de que sus aplicaciones potenciales son casi ilimitadas. Pueden utilizar una amplia gama de combustibles y materias primas para suministrar energía a sistemas tan grandes como una central eléctrica y tan pequeños como un ordenador portátil.
Investigadores académicos de todo el mundo trabajan para mejorar las capacidades de las pilas de combustible. Entre ellos se encuentran otros ingenieros de la UT Austin que están adoptando diversos enfoques para resolver problemas clave en el desarrollo de las pilas de combustible.
Lo que dicen los investigadores
"Es de suma importancia sustituir los combustibles fósiles por fuentes de energía limpias y renovables para hacer frente a los grandes problemas que aquejan a nuestra sociedad, como el cambio climático y la contaminación de la atmósfera", afirma Guihua Yu, profesor asociado de ciencia de los materiales en el Departamento de Ingeniería Mecánica Walker de la Escuela Cockrell. "Las pilas de combustible se han considerado una tecnología altamente eficiente y sostenible para convertir la energía química en eléctrica; sin embargo, están limitadas por la lenta cinética de la reacción catódica de reducción del oxígeno. Hemos descubierto que la distancia entre los átomos del catalizador es el factor más importante para maximizar su eficiencia en las pilas de combustible de próxima generación."
El futuro
Estos hallazgos pueden aplicarse a cualquier cosa que incluya reacciones electrocatalíticas. Eso incluye otros tipos de combustibles renovables, así como productos químicos omnipresentes como alcoholes, oxigenados, syngas y olefinas.
Fuentes, créditos y referencias:
“Understanding the inter-site distance effect in single-atom catalysts
for oxygen electroreduction” by Zhaoyu Jin, Panpan Li, Yan Meng, Zhiwei
Fang, Dan Xiao and Guihua Yu, 19 July 2021, Nature Catalysis.
DOI: 10.1038/s41929-021-00650-w