Nova estratégia melhora o desempenho de redução de oxigênio das perovskitas em células a combustível de hidrogênio
Evidência de lixiviação de cálcio durante ORR, levando à elevada área superficial do LCMO64. Crédito:Hao Li et al. Um grupo de pesquisa relatou um novo método para aumentar a área de superfície eletroquímica (ECSA) em uma perovskita dopada com cálcio, La0,6 Ca0,4 MnO3 (LCMO64), superando assim um gargalo comum na aplicação de óxidos de perovskita como eletrocatalisadores em células a combustível de hidrogênio.
Detalhes das descobertas foram relatados na revista Advanced Materials em 29 de novembro de 2023.
Os óxidos de perovskita apresentam propriedades interessantes e diversas, tornando-os valiosos em diversas aplicações tecnológicas. Suas altas atividades intrínsecas também os posicionam como uma alternativa promissora aos catalisadores de metais nobres para catalisar eficientemente a reação de redução de oxigênio (ORR). No entanto, sua aplicação ainda é dificultada pela baixa condutividade elétrica e baixa área superficial específica.
"Nosso processo de lixiviação de cálcio induzido eletroquimicamente aumentou muito a ECSA em LCMO64", aponta Hao Li, professor associado do Instituto Avançado de Pesquisa de Materiais da Universidade de Tohoku (WPI-AIMR) e autor correspondente do artigo. "O LCMO64 ativado e deficiente em cálcio demonstrou um ECSA aproximadamente 33,84% maior do que o dos materiais não ativados, apresentando desempenho ORR eletrocatalítico superior - superando o catalisador comercial de referência Pt/C em uma solução alcalina."
Para testar os benchmarks do material, Li e seus colegas conduziram análises teóricas juntamente com sondagens eletroquímicas do estado da superfície e modelagem microcinética dependente do pH. Os resultados sugeriram que este catalisador atinge o ótimo Sabatier de ORR alcalina.
O desempenho eletroquímico. Crédito:Hao Li et al.
Análises teóricas de última geração das atividades de ORR nos materiais. Crédito:Hao Li et al.
Esta pesquisa marca a primeira vez que uma estratégia envolvendo dopagem com cálcio (Ca) foi empregada para superar desafios associados à baixa condutividade e área superficial em óxidos de perovskita. O fenômeno único de lixiviação de Ca observado sob condições ORR resulta em uma maior rugosidade superficial, expandindo significativamente a área superficial disponível para ORR e aumentando assim o desempenho do catalisador.
"Encontrar eletrocatalisadores eficazes e de baixo custo para o ORR em células a combustível de hidrogênio tem sido um desafio significativo", acrescenta Li. "Nosso trabalho não apenas aborda esse desafio, mas também oferece uma nova estratégia para melhorar o desempenho eletrocatalítico dos óxidos de perovskita. Este avanço tem implicações de longo alcance para a adoção generalizada da tecnologia de células a combustível de hidrogênio."
Mais informações: Qun Li et al, Perovskitas deficientes em cátions melhoram muito a atividade eletrocatalítica para reação de redução de oxigênio, Materiais Avançados (2023). DOI:10.1002/adma.202309266 Fornecido pela Universidade Tohoku
