p As células de combustível têm o potencial de ser uma maneira limpa e eficiente de dirigir carros, computadores, e usinas de energia, mas o custo de produzi-los está limitando seu uso. Isso porque um componente-chave das células de combustível mais comuns é um catalisador feito do metal precioso platina. p Em um artigo publicado hoje em Pequena , pesquisadores da Universidade da Califórnia, Riverside, descrevem o desenvolvimento de um modelo barato, material catalisador eficiente para um tipo de célula de combustível chamada célula de combustível de membrana de eletrólito de polímero (PEMFC), que transforma a energia química do hidrogênio em eletricidade e está entre os tipos de células de combustível mais promissores para mover carros e eletrônicos.

p O catalisador desenvolvido na UCR é feito de nanofibras de carbono porosas incorporadas com um composto feito de um metal relativamente abundante, como o cobalto, que é mais de 100 vezes mais barato do que a platina. A pesquisa foi liderada por David Kisailus, o Professor Winston Chung dotado de Inovação Energética na Faculdade de Engenharia de Marlan e Rosemary Bourns da UCR.

p Células de combustível, que já estão sendo usados ​​por algumas montadoras, oferecem vantagens sobre as tecnologias de combustão convencionais, incluindo maior eficiência, operação mais silenciosa e emissões mais baixas. As células a combustível de hidrogênio emitem apenas água.

p Como baterias, as células de combustível são dispositivos eletroquímicos que compreendem um eletrodo positivo e um negativo ensanduichando um eletrólito. Quando um combustível de hidrogênio é injetado no ânodo, um catalisador separa as moléculas de hidrogênio em partículas carregadas positivamente chamadas prótons e partículas carregadas negativamente chamadas elétrons. Os elétrons são direcionados através de um circuito externo, onde eles fazem trabalhos úteis, como alimentar um motor elétrico, antes de reunir os íons de hidrogênio carregados positivamente e oxigênio para formar água.

p Uma barreira crítica para a adoção de células de combustível é o custo da platina, tornando o desenvolvimento de materiais catalisadores alternativos um fator-chave para sua implementação em massa.

p Usando uma técnica chamada eletrofiação, os pesquisadores do UCR fizeram folhas finas como papel de nanofibras de carbono que continham íons de metal - seja cobalto, ferro ou níquel. Após o aquecimento, os íons formaram nanopartículas de metal ultrafinas que catalisaram a transformação do carbono em um carbono grafítico de alto desempenho. Subseqüentemente, as nanopartículas de metal e o carbono não grafítico residual foram oxidados, levando a uma rede altamente porosa e útil de nanopartículas de óxido metálico dispersas em uma rede porosa de grafite.

p Kisailus e sua equipe, colaborando com cientistas da Universidade de Stanford, determinou que os novos materiais tiveram um desempenho tão bom quanto os sistemas padrão de platina-carbono da indústria, mas por uma fração do custo.

p "A chave para o alto desempenho dos materiais que criamos é a combinação das condições químicas e de processamento da fibra, "Kisailus disse." As propriedades eletroquímicas notáveis ​​foram atribuídas principalmente aos efeitos sinérgicos obtidos da engenharia do óxido de metal com locais ativos expostos e a estrutura grafítica hierárquica porosa 3D. "

p Kisailus disse que um benefício adicional do nanocompósito catalítico é que sua natureza de fibra grafítica fornece resistência e durabilidade adicionais, o que lhe permitiria servir como um catalisador de célula de combustível e, potencialmente, como um componente estrutural.

p “Um desafio importante na fabricação de veículos de alto desempenho é a redução de peso, tanto da carroceria do veículo quanto do peso extra da bateria ou célula de combustível, sem afetar a segurança ou o desempenho, "disse ele." O material que criamos pode permitir que as montadoras tornem componentes estruturais, como o capô ou o chassi, em elementos funcionais que ajudam a impulsionar os carros. "