As células de combustível desempenham um papel importante na criação de um futuro de energia limpa, com um amplo conjunto de aplicações que vão desde a alimentação de edifícios até o transporte eletrizante. Mas, como acontece com todas as tecnologias emergentes, pesquisadores enfrentaram muitas barreiras no desenvolvimento de preços acessíveis, células de combustível eficientes e criando uma maneira de produzir de forma limpa o hidrogênio que as alimenta.

Em um novo artigo da Perspectiva, publicado no Journal of The Electrochemical Society , pesquisadores pretendem abordar um debate fundamental sobre as principais reações por trás das células de combustível e produção de hidrogênio, que, se resolvido, poderia reforçar significativamente as tecnologias de energia limpa.

No artigo de acesso aberto, "Perspectiva - Rumo ao estabelecimento da energia de ligação do hidrogênio aparente como o descritor para as reações de oxidação / evolução do hidrogênio, "Yushan Yan e seus co-autores da Universidade de Delaware fornecem uma visão geral confiável do trabalho realizado nas áreas de oxidação e evolução do hidrogênio, apresentar questões-chave para debate, e fornecer caminhos para futuras inovações no campo.

A oxidação do hidrogênio e as reações de evolução do hidrogênio são duas das reações eletroquímicas mais simples, no entanto, é a espinha dorsal do desenvolvimento de tecnologias críticas de energia limpa.

"Essas duas reações são a base para células de combustível limpas, "Yan diz." Com a oxidação do hidrogênio, você tem uma reação de célula de combustível. Se você fizer a evolução do hidrogênio, produzindo hidrogênio a partir da água, isso é eletrólise da água, que produz hidrogênio limpo para células de combustível e outras aplicações. "

Atualmente, as células de combustível são conhecidas principalmente por seu papel no transporte eletrificante. Carros de célula de combustível foram introduzidos no mercado por empresas como a Toyota, Honda, e Hyundai, que continuam a apoiar veículos movidos a tecnologias de energia limpa. A maioria das células de combustível modernas, especificamente aqueles usados ​​para aplicações automotivas, são células de combustível de membrana de troca de prótons (PEM), que funciona trocando prótons através de uma membrana polimérica ácida para produzir eletricidade e calor.

Contudo, Yan e sua equipe estão procurando melhorar este modelo, examinando maneiras fundamentais de produzir uma célula de combustível mais acessível.

"O que queremos fazer é passar de um ácido para uma base, "Yan diz." Pode parecer muito simples, mas essa mudança nos permite usar metais não preciosos como catalisadores em vez dos caros metais do grupo da platina. Estamos realmente procurando resolver a barreira na frente da tecnologia de célula de combustível PEM, tornando-o mais barato e, portanto, implantável no mercado de massa. "

Os pesquisadores descobriram que, ao iniciar a mudança de uma célula de combustível de ácido para uma base, tanto as reações de oxidação de hidrogênio quanto as reações de evolução de hidrogênio tornaram-se muito mais lentas, impactando a eficiência da tecnologia. No artigo Perspectiva, o grupo descreve esse problema e começa a formular opiniões sobre por que isso está acontecendo, bem como convidar colegas da área a se envolverem na conversa.

"Fazer pesquisas pode ser competitivo, mas ao mesmo tempo, também precisamos ter mais pessoas participando da conversa para que as coisas comecem a acontecer mais rápido, "Yan diz." Com este artigo, estamos procurando mais pessoas para prestar atenção a este problema e se juntar a nós no debate. "

Ao observar mais de perto as reações fundamentais que são essenciais para impulsionar a célula de combustível e as tecnologias de produção de hidrogênio limpo, Yan acredita que avanços significativos podem ser feitos para aplicações futuras.

"Quando você lida com essas questões fundamentais, pode haver um impacto imediato, "Yan diz." Neste artigo, estamos falando sobre oxidação de hidrogênio, que é para células de combustível. Mas também estamos falando sobre a reação reversa, que é a evolução do hidrogênio. A evolução do hidrogênio trata da produção de hidrogênio fora da água usando energia eólica e solar. É hidrogênio limpo. Certo, que o hidrogênio pode suportar veículos com células de combustível, mas o hidrogênio tem muitas outras aplicações. "

Algumas dessas outras aplicações incluem a síntese de amônia. Sem fertilizantes à base de amônia, o mundo não seria capaz de cultivar alimentos suficientes para alimentar sua população. Embora a produção de amônia seja crítica para a humanidade, o hidrogênio necessário para produzi-lo vem de combustíveis fósseis. A amônia é atualmente produzida por uma reação entre nitrogênio e hidrogênio, chamado de processo Haber-Bosch, onde o hidrogênio é produzido a partir da reforma do gás natural. Se o hidrogênio usado neste processo foi produzido em um método limpo, o impacto ambiental geral seria extremamente melhorado.

O tipo de artigo Perspectiva da ECS forneceu a Yan e seus co-autores uma plataforma única para apresentar suas ideias. Em vez de um artigo de pesquisa tradicional, Os artigos do ECS Perspective permitem que os pesquisadores discutam novos insights em seu campo, com a capacidade de gerar novas ideias e avançar nos campos relacionados à eletroquímica e à ciência do estado sólido.

"O artigo da Perspectiva nos permitiu resumir o que está acontecendo nesta área, mas mais importante, delinear o que pode ser feito ou o que precisa ser feito no futuro, "Yan diz." Ao publicar com o Journal of The Electrochemical Society , Senti que atingiríamos o público mais adequado, bem equipado para apresentar novas ideias. "

Yan espera que este artigo possa estimular uma conversa sobre reações fundamentais em células de combustível e iniciar uma troca de ideias, potencialmente acelerando o avanço no campo.

“O cenário dos meus sonhos, "Yan disse, "é que algum dia, Eu veria minha célula de combustível de membrana de troca de hidróxido ser implementada em um carro. "