Prever quais materiais terão melhor desempenho como catalisadores em células de combustível e baterias metal-ar envolve vários fatores que influenciam a atividade e estabilidade catalítica. Aqui estão algumas considerações importantes para a escolha de catalisadores:

Atividade :O catalisador deve apresentar alta atividade para as reações eletroquímicas desejadas, como oxidação de hidrogênio (em células a combustível) ou redução/evolução de oxigênio (em baterias metal-ar). Isto pode ser avaliado através de medições eletroquímicas, como voltametria cíclica, testes de eletrodos de disco rotativo ou avaliações de desempenho de células de combustível.

Seletividade :O catalisador deve promover seletivamente as reações eletroquímicas desejadas enquanto minimiza as reações colaterais. Por exemplo, em células a combustível, deve minimizar a formação de monóxido de carbono (CO) durante a oxidação do hidrogênio, que pode envenenar o catalisador.

Estabilidade :O catalisador deve manter a sua actividade e estrutura durante longos períodos sob as condições de funcionamento da célula de combustível ou da bateria metal-ar. Isto inclui tolerância a potenciais ciclagem, variações de temperatura e exposição a espécies reativas (por exemplo, oxigênio, peróxido de hidrogênio).

Custo e abundância :Os materiais catalisadores devem ser econômicos e prontamente disponíveis. Materiais raros ou caros podem não ser práticos para aplicações em larga escala.

Durabilidade :O catalisador deve resistir à degradação e manter o seu desempenho durante a operação a longo prazo. Fatores como corrosão, degradação mecânica e envenenamento do catalisador devem ser considerados.

Resistência a veneno :O catalisador deve ser resistente à desativação por impurezas ou contaminantes presentes no combustível ou no ar. Por exemplo, em células de combustível, as impurezas de enxofre podem envenenar certos catalisadores.

Compatibilidade de eletrólitos :O catalisador deve ser compatível com o eletrólito usado na célula de combustível ou na bateria metal-ar. Alguns eletrólitos podem afetar a estabilidade ou atividade de certos catalisadores.

Síntese e Fabricação :O catalisador deve ser facilmente sintetizado ou fabricado usando métodos escaláveis. Processos de síntese complexos ou demorados podem dificultar aplicações práticas.

Considerações de projeto :A estrutura, composição e morfologia do catalisador podem influenciar significativamente o seu desempenho. Adaptar essas propriedades por meio de técnicas avançadas de síntese de materiais pode otimizar a atividade catalítica e a estabilidade.

Modelagem Computacional :Abordagens computacionais, como cálculos da teoria do funcional da densidade (DFT), podem fornecer insights sobre os mecanismos catalíticos e ajudar a identificar materiais promissores para avaliação experimental adicional.

Ao considerar esses fatores e usar uma combinação de técnicas experimentais e computacionais, os pesquisadores podem selecionar e desenvolver catalisadores que atendam aos requisitos específicos de células de combustível e baterias metal-ar.