Uma equipe de engenheiros da Universidade de Delaware desenvolveu uma tecnologia que pode tornar as células de combustível mais baratas e duráveis, um avanço que pode acelerar a comercialização de veículos com células de combustível.

Eles descrevem seus resultados em um artigo publicado em Nature Communications na segunda-feira, 4 de setembro.

As células de combustível movidas a hidrogênio são uma alternativa verde aos motores de combustão interna porque produzem energia por meio de reações eletroquímicas, não deixando nenhuma poluição para trás.

Materiais chamados catalisadores estimulam essas reações eletroquímicas. A platina é o catalisador mais comum no tipo de células de combustível usadas em veículos.

Contudo, a platina é cara - como qualquer pessoa que compre joias sabe. O metal custa cerca de US $ 30, 000 por quilograma.

Em vez de, a equipe UD fez um catalisador de carboneto de tungstênio, que sai por cerca de US $ 150 por quilo. Eles produziram nanopartículas de carboneto de tungstênio de uma maneira inovadora, muito menor e mais escalonável do que os métodos anteriores.

"O material é normalmente feito em temperaturas muito altas, cerca de 1, 500 Celsius, e a essas temperaturas, cresce e tem pouca área de superfície para a química acontecer, "disse Dionisios Vlachos, diretor do Centro de Catálise da UD para Inovação de Energia. "Nossa abordagem é uma das primeiras a fazer material em nanoescala de alta área de superfície que pode ser comercialmente relevante para catálise."

Os pesquisadores fizeram nanopartículas de carboneto de tungstênio usando uma série de etapas, incluindo tratamento hidrotérmico, separação, redução, carburação e muito mais.

"Podemos isolar as nanopartículas de carboneto de tungstênio individuais durante o processo e fazer uma distribuição muito uniforme do tamanho das partículas, "disse Weiqing Zheng, pesquisador associado do Catalysis Center for Energy Innovation.

Próximo, os pesquisadores incorporaram as nanopartículas de carboneto de tungstênio na membrana de uma célula a combustível. Células de combustível automotivas, conhecidas como células de combustível de membrana de troca de prótons (PEMFCs), conter uma membrana polimérica. Esta membrana separa o cátodo do ânodo, que divide o hidrogênio (H2) em íons (prótons) e os entrega ao cátodo, que põe para fora a corrente.

A membrana semelhante a plástico desgasta com o tempo, especialmente se passar por muitos ciclos úmidos / secos, o que pode acontecer facilmente, pois a água e o calor são produzidos durante as reações eletroquímicas nas células a combustível.

Quando o carboneto de tungstênio é incorporado à membrana da célula de combustível, ele umedece a membrana em um nível que otimiza o desempenho.

"O catalisador de carboneto de tungstênio melhora o gerenciamento de água das células de combustível e reduz a carga do sistema de umidificação, "disse Liang Wang, um cientista associado no Departamento de Engenharia Mecânica.

A equipe também descobriu que o carboneto de tungstênio captura os radicais livres prejudiciais antes que eles possam degradar a membrana da célula de combustível. Como resultado, membranas com nanopartículas de carboneto de tungstênio duram mais do que as tradicionais.

"O catalisador de baixo custo que desenvolvemos pode ser incorporado à membrana para melhorar o desempenho e a densidade de energia, "disse." Como resultado, o tamanho físico da pilha de células de combustível pode ser reduzido para a mesma potência, tornando-o mais leve e barato. Além disso, nosso catalisador é capaz de oferecer maior desempenho sem sacrificar a durabilidade, o que é uma grande melhoria em relação aos esforços semelhantes de outros grupos. "

A equipe de pesquisa da UD usou métodos inovadores para testar a durabilidade de uma célula de combustível feita com carboneto de tungstênio. Eles usaram um microscópio eletrônico de varredura e feixe de íons focalizado para obter imagens de fatias finas da membrana, que eles analisaram com software, reconstruir a estrutura tridimensional das membranas para determinar a longevidade da célula de combustível.

O grupo solicitou uma patente e espera comercializar sua tecnologia.

"Este é um bom exemplo de como diferentes grupos entre departamentos podem colaborar, "Zheng disse.