Nuevo enfoque para la fabricación de celdas de combustible. El autor del estudio es Christopher Arges, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Química y miembro de la facultad en los Institutos de Energía y Medio Ambiente. Y comenta que el nuevo proceso podría reducir la barrera de costes para producir en masa celdas de combustible basadas en membranas de intercambio de protones.
Las mismas se emplearían para impulsar vehículos eléctricos pesados. Lo que implicaría una importante reducción de la emisión de gases de efecto invernadero. “Las pilas de combustible son la mejor plataforma de energía para mover vehículos eléctricos pesados que constantemente necesitan trasladar bienes y personas”, dijo Arges.
Nanotrabajos
El proceso recién desarrollado implicó la creación de soportes de gran superficie a partir de plantillas de copolímero de bloque autoensambladas. Estas son estructuras que se forman en patrones ordenados a nivel de nanoescala.
Este proceso, a menudo denominado litografía de copolímero de bloque, es un proceso de creación de patrones litográficos de abajo hacia arriba. Que se utiliza para crear patrones densos en tamaños de características de 6 a 40 nanómetros en áreas grandes. Después de hacer soportes densos de gran superficie con pequeños tamaños de características periódicas, el equipo pulverizó una fina capa de PGM sobre el sustrato de soporte.
“Hemos adoptado esta técnica por primera vez para fabricar electrodos con una carga muy baja de PGM”, dijo Arges. “Nuestros nuevos electrocatalizadores, que no están aleados, muestran un rendimiento competitivo con nanopartículas de platino de última generación en soportes de carbono de área superficial alta. Al tiempo que muestran una durabilidad mucho mejor en comparación con las nanopartículas de platino en soportes de carbono de área superficial alta”.
Una excelente alternativa
Los vehículos eléctricos de celda de combustible son una alternativa a los vehículos eléctricos de batería de iones de litio más comunes. “Los vehículos que utilizan baterías de iones de litio no funcionan bien cuando su único propósito es el transporte constante de mercancías y pasajeros. Esto es lo que sucede con aviones, autobuses, barcos, trenes y camiones grandes.
Y esto pasa porque este tipo de transporte no tienen tiempo para esperar la carga”, dijo Arges. “Además, los vehículos eléctricos de pila de combustible ofrecen una alta densidad de energía cuando el mismo es grande y necesita recorrer una gran distancia”.
La mayor densidad de energía para las plantas de energía de celdas de combustible cuando se usan en un vehículo pesado permite que se almacene más energía dentro de un espacio o peso limitado. Lo que resulta en rangos de conducción más largos o en un almacenamiento de energía más eficiente. Además, los vehículos eléctricos de pila de combustible utilizan hidrógeno y no tienen emisiones ni resultan contaminantes.
“La pila de combustible no quema el hidrógeno con el oxígeno del aire. Más bien, realiza una reacción electroquímica con hidrógeno en un electrodo y otra reacción con oxígeno en otro electrodo”, dijo Arges.
“En el electrodo de oxígeno, los protones del hidrógeno reaccionado se combinan con oxígeno. Los electrones de la reacción se mueven externamente a través de la celda para alimentar el motor eléctrico y el único subproducto es el agua. Además, si el hidrógeno se deriva de la electrólisis del agua alimentada por energía renovable, se considera hidrógeno verde y tiene cero emisiones de carbono”.
Combatiendo la falta de infraestructura
Arges dijo que el nuevo electrocatalizador de superficie extendida del equipo se puede usar para otros procesos electroquímicos que involucran la electrólisis del agua para producir hidrógeno verde, para lo cual tienen una propuesta pendiente. De esta forma ayudaría al despliegue de los vehículos que utilizan pila de combustible. Para los que faltan infraestructuras.
“Ahora, estamos tratando de integrar este proceso para fabricar conjuntos de electrodos de membrana que se utilizan en plantas de energía de celdas de combustible reales y electrolizadores de agua”, dijo Arges. Nuevo enfoque para la fabricación de celdas de combustible.
Acerca del estudio
Además de Arges, el equipo incluyó a los investigadores de Penn State Deepra Bhattacharya, estudiante de posgrado de Penn State y autor principal del artículo. Y Ke Wang, profesor asociado de investigación en el Instituto de Investigación de Materiales. La Oficina de Tecnologías de Fabricación y Materiales Avanzados del Departamento de Energía de EE. UU. apoyó el trabajo en el que se basó este documento, que fue publicado en JACS Au.
