Stop-and-go de conducir puede usar en los nervios, pero lo que realmente hace un número en el platino preciosa que impulsa las reacciones en las células de combustible para la automoción.
Antes de grandes flotas de pila de combustible impulsados por los vehículos pueden salir a la carretera, los científicos tendrán que encontrar una manera de proteger el platino, el componente más caro de la tecnología de pila de combustible, y reducir la cantidad necesaria para hacer los electrodos de actividad catalítica.
Ahora, los científicos de los EE.UU. Departamento de Energía (DOE) del Laboratorio Nacional de Brookhaven han desarrollado un electrocatalizadores nuevo que utiliza una sola capa de platino y minimiza el desgaste, manteniendo altos niveles de reactividad en las pruebas que imitan el stop-and-go de conducción. La investigación - descrita en línea en Angewandte Chemie, International Edition, e identificado por la revista como un "papel muy importante" - puede aumentar en gran medida la viabilidad de los vehículos de pila de combustible y también pueden ser aplicables para mejorar el rendimiento de otros catalizadores metálicos.
Los catalizadores de nuevo diseño están compuestas de una sola capa de platino en un catalizador de paladio (o paladio-aleación de oro) núcleo de nanopartículas. Su caracterización estructural se realizó en el Centro de Brookhaven para los Nanomateriales Funcionales y de la Fuente Nacional de Luz Sincrotrón.
"Nuestros estudios de la estructura y la actividad de este catalizador - y la comparación con los catalizadores de platino-carbono actualmente en uso - demuestran que el núcleo de paladio" protege "la fina capa de platino que rodea las partículas, lo que le permite mantener la reactividad de un período mucho más largo de tiempo ", explicó el laboratorio de Brookhaven químico Radoslav Adzic, que lidera el equipo de investigación.
En células de combustible convencionales de catalizadores, el ciclo de oxidación y reducción - provocada por los cambios de voltaje que se producen durante el stop-and-go de conducción - daña el disco de platino. Con el tiempo, el platino se disuelve, causando daños irreversibles a la célula de combustible.
En el nuevo catalizador, el paladio del núcleo es más reactivo que el platino en estas reacciones de oxidación y reducción. Simulación de pruebas de estabilidad de voltaje de pila de combustible en bicicleta reveló que, después de 100.000 ciclos de potencial, una cantidad significativa de paladio se había oxidado, se disuelve, y emigraron desde el cátodo. En la membrana entre el cátodo y el ánodo, los iones de paladio disuelto se han reducido por el hidrógeno difunde desde el ánodo para formar una "banda", o puntos.
En contraste, el platino apenas se modificaba, a excepción de una pequeña contracción de la monocapa de platino. "Esta contracción de la red de platino hace que el catalizador más activo y aumenta la estabilidad de las partículas", dijo Adzic.
Reactividad del núcleo catalizador de platino monocapa / paladio también se mantuvo muy alta. Se redujo en sólo el 37 por ciento después de 100.000 ciclos.
Basándose en un trabajo anterior que mostró cómo pequeñas cantidades de oro pueden aumentar la actividad catalítica, los científicos también desarrollaron una forma de catalizador de platino monocapa con un núcleo de aleación de paladio-oro. La adición de oro aumentó aún más la estabilidad de los electrocatalizadores, que conserva casi el 70 por ciento de la reactividad después de 200.000 ciclos de prueba.
"Esto indica la excelente durabilidad de este electrocatalizadores, especialmente cuando se compara con los más simples de carbono catalizadores de platino, que pierden cerca del 70 por ciento de su capacidad de reacción después de tiempos de ciclo mucho más corto. Este nivel de actividad y la estabilidad indica que este es un catalizador de prácticas. Excede la meta establecida por el DOE para el período 2010-2015 y que puede ser utilizado para aplicaciones de automoción ", dijo Adzic.
Señaló que las células de combustible realizadas con el nuevo catalizador que sólo requieren unos 10 gramos de platino por coche - y menos de 20 gramos de paladio. En la actualidad, en los convertidores catalíticos se usa para tratar los gases de escape, de 5 a 10 gramos de platino se utiliza. Dado que las pilas de combustible coches con motor que no emiten gases de escape, no habría necesidad de tales convertidores catalíticos, y por lo tanto, ningún aumento neto en la cantidad de platino utilizados.
"Además del desarrollo de electrocatalizadores para la industria automotriz aplicaciones de pilas de combustible, estos resultados indican que la amplia aplicabilidad de los catalizadores de platino monocapa y la posibilidad de ampliar este concepto a otros catalizadores basados en metales nobles", dijo Adzic.
Fuente: http://www.bnl.gov/