Híbridos y Eléctricos

EQUIPO DE INVESTIGACIÓN DE LA UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MUNICH (TUM)

Duplican la actividad de los catalizadores de pilas de combustible con nanopartículas de platino

Investigadores de la Universidad Técnica de Munich (TUM) construyen nanopartículas de platino para la catálisis en celdas de combustible: los nuevos catalizadores de tamaño optimizado son dos veces mejores que el mejor proceso disponible comercialmente en la actualidad.

Los primeros autores del proyecto en su laboratorio en el Centro de Investigación de Catálisis (CRC) de TUM: Batyr Garlyyev, Kathrin Kratzl y Marlon Rück.
Los primeros autores del proyecto en su laboratorio en el Centro de Investigación de Catálisis (CRC) de TUM: Batyr Garlyyev, Kathrin Kratzl y Marlon Rück.

Las celdas de combustible pueden reemplazar las baterías como fuente de energía para los autos eléctricos. Ellos consumen hidrógeno, un gas que podría producirse, por ejemplo, utilizando el excedente de electricidad de las plantas de energía eólica. Sin embargo, el platino utilizado en las celdas de combustible es raro y extremadamente caro, lo que ha sido un factor limitante en las aplicaciones hasta ahora.

Un equipo de investigación en la Universidad Técnica de Munich (TUM) dirigido por Roland Fischer, profesor de Química Inorgánica y Organometálica, Aliaksandr Bandarenka, Física de la Conversión y Almacenamiento de Energía y Alessio Gagliardi, Profesor de Simulación de Nanosistemas para la Conversión de Energía, ha optimizado el tamaño de las partículas de platino a tal grado que las partículas se desempeñen a niveles dos veces más altos que los mejores procesos comercialmente disponibles en la actualidad.

Ideal: Un huevo de platino de solo un nanómetro de largo

En las pilas de combustible, el hidrógeno reacciona con el oxígeno para producir agua, generando electricidad en el proceso. Se requieren catalizadores sofisticados en los electrodos para optimizar esta conversión. El platino juega un papel central en la reacción de reducción de oxígeno.

Platin-Nanopartikel mit 40 Atomen. Theoretischen Berechnungen zufolge sollten Nanopartikel dieser Groesse die optimale Katalysatorwirkung entfalten. Messungen im Katalyseforschungszentrum der TUM zeigten, dass diese Nanopartikel tatsaechlich doppelt so aktiv sind, wie die besten handelsueblichen Brennstoffzellen-Katalysatoren. - Bild: Batyr Garlyyev / TUM - frei fuer Berichterstattung ueber TU Muenchen

Platino-nanopartículas con 40 átomos.

Buscando una solución ideal, el equipo creó un modelo de computadora del sistema completo. La pregunta central: ¿Qué tan pequeño puede ser un grupo de átomos de platino y tener un efecto catalítico altamente activo? "Resulta que hay ciertos tamaños óptimos para las pilas de platino", explica Fischer.

Las partículas que miden aproximadamente un nanómetro y que contienen aproximadamente 40 átomos de platino son ideales. "Los catalizadores de platino de este orden de tamaño tienen un volumen pequeño pero una gran cantidad de puntos altamente activos, lo que resulta en una gran actividad de masa", dice Bandarenka

El doble de eficaz que el mejor catalizador convencional

El experimento confirmó exactamente las predicciones teóricas. "Nuestro catalizador es dos veces más efectivo que el mejor catalizador convencional en el mercado", dice Garlyyev, agregando que esto todavía no es adecuado para aplicaciones comerciales, ya que la actual reducción del 50 por ciento de la cantidad de platino tendría que aumentar al 80 por ciento.

Además de las nanopartículas esféricas, los investigadores esperan una actividad catalítica aún mayor a partir de formas significativamente más complejas. Y los modelos informáticos establecidos en la asociación son ideales para este tipo de modelado. "Sin embargo, las formas más complejas requieren métodos de síntesis más complejos", dice Bandarenka. Esto hará que los estudios computacionales y experimentales sean cada vez más importantes en el futuro.

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