Uma nova pesquisa sugere que o grafeno - feito de uma maneira específica - poderia ser usado para fazer células de combustível de hidrogênio mais duráveis ​​para carros.

No estudo, publicado hoje no jornal Nanoescala , cientistas produziram grafeno por meio de um especial, técnica escalonável e usou-a para desenvolver catalisadores de célula de combustível de hidrogênio. A equipe de pesquisa, envolvendo cientistas da Queen Mary University of London e University College London (UCL), mostraram que este novo tipo de catalisador à base de grafeno era mais durável do que os catalisadores disponíveis comercialmente e correspondia ao seu desempenho.

As células a combustível de hidrogênio convertem energia química em energia elétrica, combinando hidrogênio e oxigênio com o auxílio de catalisadores. Como o único subproduto da reação é a água, eles fornecem uma fonte de energia eficiente e ecologicamente correta.

A platina é o catalisador mais amplamente usado para essas células de combustível, mas seu alto custo é um grande problema para a comercialização de células a combustível de hidrogênio. Abordar esta questão, catalisadores comerciais são normalmente feitos decorando minúsculas nanopartículas de platina em um suporte de carbono mais barato, no entanto, a pouca durabilidade do material reduz muito a vida útil das células de combustível atuais.

Pesquisas anteriores sugeriram que o grafeno pode ser um material de suporte ideal para células de combustível devido à sua resistência à corrosão, alta área de superfície e alta condutividade. Contudo, o grafeno usado na maioria dos experimentos até o momento contém muitos defeitos, o que significa que a resistência melhorada prevista ainda não foi alcançada.

A técnica descrita no estudo produz grafeno de alta qualidade decorado com nanopartículas de platina em síntese em um único vaso. Este processo pode ser ampliado para produção em massa, abrindo o uso de catalisadores à base de grafeno para aplicações de energia generalizadas.

Professor Dan Brett, Professor de Engenharia Eletroquímica na UCL, disse:"Satisfazer as demandas globais de energia sem prejudicar o meio ambiente é um dos grandes desafios modernos. As células de combustível de hidrogênio podem fornecer energia mais limpa e já são usadas em alguns carros como uma alternativa à gasolina ou diesel. No entanto, uma grande barreira para sua comercialização generalizada é a capacidade dos catalisadores de resistir aos ciclos extensivos necessários para seu uso em aplicações de energia. Mostramos que, usando grafeno em vez do carbono amorfo típico como material de suporte, podemos criar catalisadores ultraduráveis. "

Os pesquisadores confirmaram a durabilidade do catalisador à base de grafeno usando um tipo de teste baseado nos recomendados pelo Departamento de Energia dos EUA (DoE), conhecido como testes de estresse acelerado. Os testes de estresse acelerado estressam deliberadamente o catalisador rapidamente ao longo de muitos ciclos em um curto espaço de tempo, permitindo que os cientistas avaliem a estabilidade de novos materiais sem ter que usá-los em uma célula de combustível operacional por um período de meses ou anos.

Usando esses testes, os cientistas mostraram que a perda de atividade durante o mesmo período de teste foi cerca de 30 por cento menor no catalisador à base de grafeno recentemente desenvolvido, em comparação com catalisadores comerciais.

Gyen Ming Angel, Ph.D. aluno e autor principal do estudo, da UCL, disse:"O DoE define testes e metas para a durabilidade da célula de combustível, com um teste de estresse acelerado para simular condições normais de operação e outro para simular as altas tensões experimentadas ao iniciar e desligar a célula de combustível. A maioria dos estudos de pesquisa no espaço do grafeno avalia apenas usando um dos testes recomendados. Contudo, uma vez que temos grafeno de alta qualidade em nosso material, conseguimos alcançar alta durabilidade em ambos os testes e em longos períodos de teste, o que é importante para a futura comercialização desses materiais. Esperamos incorporar nosso novo catalisador à tecnologia comercial e perceber as vantagens das células de combustível de vida mais longa. "

O grafeno é feito de uma única camada de átomos de carbono dispostos em uma rede hexagonal. Apesar de sua estrutura relativamente simples, acredita-se que o grafeno tenha propriedades notáveis, incluindo alta condutividade elétrica, alta transparência e alta flexibilidade.

Dr. Patrick Cullen, Professor de Energia Renovável da Queen Mary University of London, disse:"Ao longo dos anos, tem havido muito hype em torno do grafeno e o vasto número de aplicações promissoras para este material. Contudo, a comunidade de pesquisa ainda está esperando que todo o seu potencial seja realizado, e isso levou a alguma negatividade em torno deste proposto 'material maravilhoso'. Essa visão não é ajudada pelo fato de que muitos estudos de pesquisa sobre o grafeno usam versões defeituosas do grafeno. Esperamos que este artigo possa restaurar a fé no grafeno e mostrar que este material possui um grande potencial para o aprimoramento da tecnologia, como células de combustível, agora e no futuro."