O veículo elétrico Toyota Mirai 2019 promove emissões zero, graças a uma célula de combustível que funciona com hidrogênio em vez de gasolina. Mas o Mirai mal saiu da Califórnia, em parte porque os eletrodos de células de combustível de hoje são feitos de platina supercaríssima.

Cortar a platina também cortaria custos, permitindo que mais carros elétricos cheguem ao mercado.

Um novo método empresta algumas idéias de "Cachinhos Dourados" - apenas a quantidade certa - para avaliar quanto metal seria necessário para os eletrodos de célula de combustível. A técnica usa as forças na superfície de um metal para identificar a espessura ideal do eletrodo.

"Existe exatamente a quantidade certa de metal que dará aos eletrodos de célula de combustível as melhores propriedades, "disse Jeffrey Greeley, professor de engenharia química em Purdue. "Se eles forem muito grossos ou muito finos, a principal reação para implantar uma célula de combustível não funciona bem, então há uma espécie de princípio Cachinhos Dourados aqui. "

O estudo, a ser publicado na edição de 22 de fevereiro da revista Ciência , foi um esforço colaborativo entre a Universidade Johns Hopkins, Purdue University e University of California em Irvine.

Os pesquisadores testaram sua teoria sobre o paládio, um metal muito semelhante à platina.

"Basicamente, estamos usando a força para ajustar as propriedades das finas folhas de metal que compõem os eletrocatalisadores, que fazem parte dos eletrodos das células de combustível, "Greeley disse." O objetivo final é testar este método em uma variedade de metais. "

As células de combustível convertem hidrogênio, combinado com um pouco de oxigênio, em eletricidade por meio de uma chamada reação de redução de oxigênio que inicia um eletrocatalisador. Encontrar exatamente a espessura certa tensiona a superfície do eletrocatalisador e melhora o quão bem ele executa essa reação.

Pesquisadores no passado tentaram usar forças externas para expandir ou comprimir a superfície de um eletrocatalisador, mas, ao fazê-lo, arriscava-se a tornar o eletrocatalisador menos estável.

Em vez de, O grupo de Greeley previu através de simulações de computador que a força inerente na superfície de um eletrocatalisador de paládio poderia ser manipulada para as melhores propriedades possíveis.

De acordo com as simulações, um eletrocatalisador com cinco camadas de espessura, cada camada tão fina quanto um átomo, seria o suficiente para otimizar o desempenho.

"Não lute contra as forças, usa-os, "disse Zhenhua Zeng, um pesquisador de pós-doutorado em Purdue em engenharia química, e co-primeiro e co-autor correspondente neste artigo. "É mais ou menos como algumas estruturas na arquitetura não precisam de vigas ou colunas externas porque as forças tensionais e compressivas são distribuídas e equilibradas."

Experimentos no laboratório de Chao Wang na Johns Hopkins confirmaram as previsões da simulação, descobrir que o método pode aumentar a atividade do catalisador em 10 a 50 vezes, usando 90 por cento menos do metal do que o que é usado atualmente em eletrodos de células de combustível.

Isso ocorre porque a força da superfície nos eletrodos atomicamente finos ajusta a tensão, ou distância entre átomos, das folhas de metal, alterando suas propriedades catalíticas.

"Ajustando a espessura do material, fomos capazes de criar mais tensão. Isso significa que você tem mais liberdade para acelerar a reação desejada na superfície do material, "Disse Wang.