As células de combustível algum dia poderão gerar eletricidade para quase qualquer dispositivo movido a bateria, incluindo automóveis, laptops e telefones celulares. Normalmente usando hidrogênio como combustível e ar como oxidante, as células de combustível são mais limpas do que os motores de combustão interna porque produzem energia por meio de reações eletroquímicas. Uma vez que a água é seu produto principal, eles reduzem consideravelmente a poluição.

Um problema que afeta a vida útil da célula de combustível é a oxidação, ou avaria, de sua membrana eletrolítica central. O processo leva à formação de orifícios na membrana e pode causar um curto-circuito químico.

Uma equipe de engenharia da Universidade de Washington em St. Louis desenvolveu uma nova maneira de observar a taxa de oxidação. Usando espectroscopia de fluorescência dentro da célula de combustível, eles são capazes de sondar a formação dos produtos químicos responsáveis ​​pela oxidação, ou seja, radicais livres, durante a operação. A técnica pode ser uma virada de jogo quando se trata de entender como as células se quebram, e projetar estratégias de mitigação que estenderiam a vida útil da célula de combustível.

"Se você comprar um dispositivo - um carro, um telefone celular - você quer que dure o maior tempo possível, "disse Vijay Ramani, o Roma B. e Raymond H. Wittcoff Distinguished Professor of Environment &Energy na School of Engineering &Applied Science. "Infelizmente, componentes em uma célula de combustível podem se degradar, e não é uma solução fácil. O que nossa nova pesquisa faz é realmente lançar luz sobre um dos modos pelos quais esses dispositivos podem falhar, permitindo-nos descobrir métodos para que possamos melhorar a vida útil dos dispositivos que usam essas células de combustível. "

A pesquisa, publicado neste verão na revista ChemSusChem , é o primeiro a utilizar uma abordagem in situ para examinar as membranas internas da célula a combustível. Um corante fluorescente é incorporado e usado como um marcador para determinar a taxa na qual os radicais livres prejudiciais são gerados durante a operação.

"Ao usar a espectroscopia de fluorescência em conjunto com uma fibra óptica, podemos quantificar os radicais livres oxidativos gerados dentro da célula de combustível, que trabalham para quebrar as membranas, "disse Yunzhu Zhang, um candidato a doutorado no laboratório de Ramani, e coautor do estudo.

Assim que puderam observar o funcionamento interno da célula de combustível, os pesquisadores notaram que quanto mais fraca a luz emitida pela membrana da célula de combustível, quanto maior a quebra ocorrendo de dentro.

“Podemos ver esse processo ocorrendo em tempo real, "disse Shrihari Sankarasubramanian, uma pesquisadora de pós-doutorado que auxiliou no projeto.

Até agora, Os pesquisadores que examinaram a quebra da célula de combustível confiaram nas emissões da célula para determinar quais reações químicas podem ter sido responsáveis ​​pela quebra da membrana. Eles dizem que essa nova abordagem permite que eles se concentrem nos fatores que ocorrem internamente para uma melhor avaliação.

"Como os radicais livres que causam a degradação da membrana da célula de combustível têm vida tão curta, e as membranas de troca aniônica são tão finas, nossa nova abordagem in situ é a chave para um melhor estudo, compreender e prevenir as avarias químicas que estão ocorrendo durante a operação da célula de combustível, "disse Javier Parrondo, um pesquisador de pós-doutorado e co-autor de pesquisa.

"O próximo passo é introduzir produtos químicos antioxidantes dentro das membranas das células de combustível, para ver se eles podem reduzir a taxa de quebra dessas membranas, "Ramani disse.