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Diseñadores de pilas de combustible necesitan ver más allá del catalizador y el material de soporte

Convertir de forma fiable la energía eólica en combustible significa mirar más allá del catalizador para su creación, de acuerdo con un estudio reciente del Centro para Electrocatalisis Molecular, con sede en el Pacific Northwest National Laboratory. Dirigido por el Dr. James Mayer de la Universidad de Yale, el equipo descubrió que la base o película de apoyo tiene como impacto sustancial la estructura del catalizador en sí. ¿La razón? La técnica utilizada para colocar el soporte cambia el entorno de mesoescala, el paisaje atómico que se extiende varios milímetros en todo el catalizador de hierro.

Las pilas de combustible podrían utilizar hidrógeno, creado por turbinas de viento, para proveer de electricidad renovable que enfríe los hogares, alimente ordenadores, y mueva la industria. Uno de los retos es la eliminación de una reacción secundaria en el interior de las pilas de combustible que produce niveles destructivos de peróxido de hidrógeno. El estudio muestra que los diseñadores de pila de combustible deben centrarse en el material de soporte del catalizador de hierro, así como en el propio catalizador.

El equipo examinó cinco electrocatalizadores a base de hierro, conocidos como complejos de hierro de porfirina, para determinar la forma en que catalizó la reacción de reducción de oxígeno. Algunos de los diseños incorporaban relés de protones, que entregan protones con carga positiva a (o desde) el sitio activo de un catalizador.

Los complejos fueron inmovilizados utilizando tres técnicas de película delgada diferentes comúnmente utilizados en estudios de pilas de combustible electrocatalíticas. La técnica de inmovilización cambió el entorno de mesoescala, que está entre 1.000 nanómetros y unos pocos milímetros alrededor del catalizador. El equipo evaluó los catalizadores acerca de su capacidad de llevar a cabo selectivamente la reacción deseada sin producir peróxido de hidrógeno, encontrando que los catalizadores con más relés de protones producían menos del peróxido de hidrógeno indeseable cuando una tinta de catalizador, hecha por medio de la combinación del catalizador con un aditivo de carbono, se deposita sobre un electrodo de carbono vítreo. Los catalizadores depositados sin el aditivo de carbono o colocados por fisisorción en los electrodos de grafito no funcionan tan bien.