Un equipo investigador trabaja en la mejora de las celdas de combustible de hidrógeno. Los investigadores, miembros de la Universidad de Nueva Gales del Sur, buscan fórmulas para incrementar la eficiencia de este tipo de celdas y reducir su coste. De esta forma, el estudio tiene por objetivo aumentar el acceso al hidrógeno como combustible puesto que se trata de una energía verde con grandes capacidades.
Coste actual de los materiales y sus posibles alternativas
Los investigadores estudian cómo hacer las pilas de combustible de hidrógeno más viables. El coste actual de estos dispositivos es excesivamente elevado y supone una barrera para su comercialización. Entre otros materiales, el platino es un material habitualmente utilizado para realizar las funciones de catalizador. De el catalizador depende que se active el proceso. Por lo tanto, es necesario hallar alternativas con las que sustituir los catalizadores de platino.
En la investigación se valoran alternativas de materiales para sustituir al platino. Como indica Chuan Zhao, miembro del equipo, la escasez del platino es lo que justifica su elevado precio. Ante esta desventaja en costes, en el estudio se ha contemplado el uso de nuevos materiales en las celdas de combustibles de hidrógeno con el fin de hallar un sustituto más económico.
Los investigadores han valorado alternativas que permitan sustituir al platino
Funcionamiento de las celdas de combustible
Las celdas de combustible de hidrógeno, funcionan a través de reacciones químicas. Producen electricidad y agua a través de reacciones químicas que logran descomponer el hidrógeno en protones y electrones. El mecanismo se basa en un ánodo y un cátodo. En el ánodo se introduce el hidrógeno y el oxígeno en el cátodo. A continuación, los catalizadores dan lugar a las reacciones químicas. Una de las dos reacciones divide el hidrógeno en protones y electrones, mientras que la otra oxida el oxígeno. Al reaccionar en el cátodo protones y electrones con el oxígeno, se genera electricidad y agua.
Las celdas de combustible de hidrógeno, no requieren recarga. Precisamente este aspecto es la principal diferencia entre las celdas de combustible y las baterías. Por lo tanto, las celdas de combustible no requieren una bomba de gasolina puesto que únicamente dispone de una bomba de hidrógeno. Además, estamos ante una fuente de energía limpia puesto que es un elemento muy común y el sistema solo genera un único subproducto: el agua.
El hidrógeno es una fuente de energía limpia y que únicamente produce agua como subproducto
Elevado coste como barrera para su acceso
El hidrógeno como energía representa una paradoja. En palabras de Zhao, se plantea la paradójica situación de que no hay suficiente hidrógeno para procesar, o suficientes aplicaciones donde utilizar el hidrógeno que se ha extraído. Por lo tanto, manifiesta el investigador, cuanto mayor hidrógeno y mayores celdas de combustible se generen, mayor será la reducción en coste de ambos.
Los investigadores evidencian el notable coste del catalizador en la actualidad. Si bien el platino que se encuentra en una celda de combustible tiene un valor de entre 45.000 y 100.000 dólares australianos, podrían haber alternativas. Indica Shiyang Liu, miembro del equipo investigador, que se buscan alternativas más económicas puesto que el hierro, por ejemplo, cuesta 0.1 dólares australianos por kilo. Un material que señala el investigador con grandes capacidades es el Fe-N-C (hierro-nitrógeno-carbono).
Un material en el que han observado grandes capacidades es el Fe-N-C (hierro-nitrógeno-carbono)
Las alternativas al platino con las que se ha trabajado no ofrecen una estabilidad adecuada. Estos materiales que buscan reemplazar al platino, no logran alcanzar su tiempo de descomposición. Si bien las celdas con platino ofrecen una vida útil de hasta 40.000 horas, las compuestas con Fe-N-C, únicamente alcanzan las 300 horas.
Evaluar alternativas ha sido un proceso que ha requerido mucho tiempo e inversión. A este respecto, Quentin Meyer da un ejemplo. El diseño y creación de un nuevo catalizador para celdas de combustible, puede durar hasta un año. Además, a estos costes se debe añadir la necesidad de utilizar equipos que representan un notable coste adicional y que son imprescindibles para el proceso.
El desarrollo de un nuevo catalizador para celdas de combustible puede prolongarse hasta un año
Comprendiendo la inestabilidad como problemática de los materiales
El equipo investigador puso su esfuerzo en identificar la razón de la inestabilidad. Ante la diferencia de estabilidad observada en los materiales objeto de estudio respecto del platino, los investigadores buscaron fórmulas para entender el porqué de la falta de estabilidad. A través del estudio de tres nuevos métodos, señala Zhao, se puede identificar cómo de estable es la celda sin platino y entender la razón. Una vez llegado a este punto, se puede aplicar esta información para obtener un conocimiento preciso sobre sus propias pilas o catalizadores.
En el caso de los lugares activos con base de hierro, el 75% mostró una vida útil corta. Según observaron los investigadores, al usar el hierro como base en la ubicación donde se producen las reacciones, a las diez horas se vuelven inactivos. La observación ofrece una información relevante. Como apunta Meyer, si se logra un material con sitios activos de mayor estabilidad, debe apreciarse una descomposición más lenta en las diez primeras horas.
De lograrse un material con sitios activos de mayor estabilidad, debe producirse una descomposición más lenta
Conclusión
El futuro de la investigación, pasa por la combinación de distintos materiales. En palabras de Zhao, el equipo investigador se encuentra trabajando en la innovación de un catalizador que combine distintos metales y ofrezca una mayor estabilidad. Para lograrlo, siguen el mismo sistema de obtención de información rápido y fiable que se ha aplicado en la investigación de alternativas al platino en los catalizadores.
Continúan desarrollando alternativas sin platino. De igual modo, los investigadores siguen desarrollando una línea de investigación cuyo propósito es crear una celda de combustible de hidrógeno, que prescinda del platino. Con la escalabilidad que caracteriza esta fase del proyecto, podría ser una alternativa económica para utilizar sobre dispositivos reales.
Los investigadores continúan trabajando en una celda de combustible que pueda prescindir del platino
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