Un equipo de investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST) ha desarrollado una nueva celda de combustible de hidrógeno que no solo es la más duradera del mundo hasta la fecha, sino que también es la más rentable. Gracias a la disminución de la cantidad de platino que se utiliza como electrocatalizador en casi un 80 % se reduce el coste de los materiales que integran el sistema. A la vez la nueva fórmula estableció un récord en términos de durabilidad para esta tecnología.
La celda de combustible de hidrógeno es una tecnología que proporciona una opción limpia ya que genera energía al convertir el hidrógeno y el oxígeno en electricidad. El resultado es un proceso cero emisiones locales, ya que no se genera ni dióxido de carbono, ni partículas y ni otros contaminantes que pueden contaminar el medioambiente. Pero a pesar de estos beneficios ambientales y muchos años de desarrollo, las celdas de combustible de hidrógeno todavía no han logrado convertirse en una opción comercializaba ampliamente.
La tecnología de la pila de combustible de hidrógeno tiene dos hándicaps fundamentales que superar. El primero es la escasa red de abastecimiento de hidrógeno existente. El sistema requiere una red similar a la que hoy existe con las estaciones de servicio que compleja y cara de implementar. Además, para lograr la sostenibilidad del proceso el hidrógeno debe ser verde, es decir creado por hidrólisis empleando energías renovables. El segundo hándicap, también muy importante, es el coste de los sistemas de pila de combustible.
Dentro de una celda de combustible, el hidrógeno reacciona con el oxígeno para generar electricidad estregando como residuo final únicamente agua. La generación de energía depende en gran medida de un electrocatalizador que se compone en gran parte de un costoso y raro material, el platino. Este metal precioso es fundamental en la reacción de reducción del oxígeno porque al tratarse de un proceso lento, es necesario el platino para ayudar a acelerarlo.
Numerosos estudios científicos han tratado de desarrollar alternativas, reemplazando el platino por materiales más comunes y económicos como el hierro, el nitrógeno o el carbono. Sin embargo, pero esos materiales o bien se han demostrado ser ineficientes en la generación de energía o bien tienen poca durabilidad.
Ahora, un equipo de investigación dirigido por el profesor SHAO Minhua director del Instituto de Energía HKUST de Hong Kong y de su Departamento de Ingeniería Química y Biológica, ha encontrado una nueva fórmula que no solo puede reducir la proporción de platino utilizada en las celdas de combustible en un 80 %, sino que también establece un récord en términos de durabilidad.
A pesar de la baja proporción de platino, el nuevo catalizador híbrido desarrollado por este equipo logró mantener la actividad catalítica del platino en un 97 % después de 100 000 ciclos de prueba de estrés acelerada. En comparación, el catalizador actual normalmente experimenta una caída de más del 50 % en el rendimiento tras 30.000 ciclos. En otra de las pruebas realizadas, la nueva celda de combustible no mostró ninguna disminución del rendimiento después de operar durante 200 horas.
Una de las razones que explican detrás de estos sobresalientes resultados está en el hecho de que el nuevo catalizador posea tres sitios activos diferentes para la reacción, en lugar de solo uno, como ocurre en los catalizadores actuales. Con una fórmula que contiene platino disperso atómicamente, átomos individuales de hierro y nanopartículas de platino y hierro, la nueva mezcla acelera la velocidad de reacción y logra una actividad catalítica 3,7 veces superior a la del propio platino. Teóricamente, cuanto mayor sea la actividad catalítica, mayor será la potencia que entrega la celda de combustible.
El profesor Shao explica que la celda de combustible de hidrógeno es un dispositivo de conversión de energía esencial para lograr la neutralidad en carbono, por lo que existe la necesidad de expandir su uso durante la lucha contra el cambio climático. "Gracias al Fondo de Tecnología Verde del Gobierno, buscaremos refinar aún más el catalizador y hacerlo compatible con vehículos de celdas de combustible y otros dispositivos electroquímicos ".
