Los ingenieros de la Universidad de Illinois Chicago forman parte de un equipo de colaboración que ha desarrollado un material que podría dar a los sistemas de pilas de combustible una ventaja competitiva sobre los sistemas de baterías que actualmente alimentan la mayoría de los vehículos eléctricos.
A diferencia de las baterías de litio, la tecnología de las pilas de combustible se basa en reacciones químicas impulsadas por catalizadores para crear energía. Las baterías de litio suelen alcanzar una autonomía de 100-300 millas con una sola carga, pero también son vulnerables al alto coste de los materiales y la fabricación de cátodos y requieren varias horas de carga. Por otro lado, los sistemas de pilas de combustible aprovechan elementos abundantes como el oxígeno y el hidrógeno y pueden alcanzar más de 400 millas con una sola carga, que puede hacerse en menos de cinco minutos. Desgraciadamente, los catalizadores utilizados para alimentar sus reacciones están hechos de materiales demasiado caros (por ejemplo, el platino) o que se degradan con demasiada rapidez para ser prácticos.
Hasta ahora. Con el desarrollo del nuevo material aditivo, los científicos pueden hacer más duradero un catalizador barato para pilas de combustible de hierro, nitrógeno y carbono. Cuando se añade a las reacciones químicas, el material aditivo protege los sistemas de pilas de combustible de dos de sus subproductos más corrosivos: partículas inestables como átomos, moléculas o iones llamados radicales libres y peróxido de hidrógeno.
Reza Shahbazian-Yassar, catedrático de ingeniería mecánica e industrial de la Facultad de Ingeniería de la UIC, y sus colegas utilizaron técnicas avanzadas de obtención de imágenes para investigar las reacciones con el material, un aditivo compuesto por nanopartículas de óxido de tantalio y titanio que eliminan y desactivan los radicales libres. Las imágenes de alta resolución de las estructuras atómicas permitieron a los científicos definir los parámetros estructurales necesarios para que el aditivo funcione.
«En nuestro laboratorio, podemos utilizar la microscopía electrónica para capturar imágenes muy detalladas de resolución atómica de los materiales en diversas condiciones de servicio», dijo la coautora del estudio, Shahbazian-Yassar». A través de nuestras investigaciones estructurales, aprendimos lo que ocurría en la estructura atómica de los aditivos y pudimos identificar el tamaño y las dimensiones de las nanopartículas de barrido, la proporción de tantalio y el óxido de titanio. Esto permitió comprender el estado correcto de la aleación en solución sólida necesaria para que el aditivo proteja la pila de combustible contra la corrosión y la degradación».
Los experimentos revelaron que se requiere una solución sólida de tántalo y óxido de titanio y que las nanopartículas deben tener unos cinco nanómetros. Los experimentos también revelaron que se requiere una proporción de 6 a 4 de tantalio y óxido de titanio.
Fuente: Science Daily
