Nuevo catalizador reduce un 75% el uso de platino en pilas de hidrógeno sin perder rendimiento.
- 🧪 75 % menos de platino manteniendo un rendimiento catalítico comparable.
- ⚙️ Aleación de cobre y platino (Cu₃Pt) sometida a una ligera compresión.
- 🔬 Deformación mecánica inferior al 1 %.
- ⚡ 855 mV frente a 856 mV del platino puro en las pruebas realizadas.
- 💧 Aplicación directa en la reacción de reducción del oxígeno de las pilas de combustible.
- ♻️ Menor dependencia de un metal escaso, caro y estratégico.
- 🏭 Próximo desafío: durabilidad, fabricación industrial y costes reales.
Una pequeña compresión cambia lo que ocurre a escala atómica
Una pila de combustible convierte la energía química del hidrógeno en electricidad mediante reacciones electroquímicas. En las pilas de membrana de intercambio de protones, una de las etapas que más limita el rendimiento es la reacción de reducción del oxígeno (ORR) que tiene lugar en el cátodo.
Es una reacción relativamente lenta. Para acelerarla se utilizan catalizadores y el platino continúa siendo una referencia por su combinación de actividad y estabilidad.
Ahí aparece el problema económico.
Los investigadores de IMDEA Materiales han trabajado con una aleación intermetálica de cobre y platino, Cu₃Pt, depositada sobre un sustrato de níquel-titanio con memoria de forma. Esta configuración permite aplicar pequeñas deformaciones al material y estudiar cómo cambia su comportamiento electroquímico.
El resultado llama la atención: una compresión inferior al 1 % modifica suficientemente la estructura electrónica del catalizador como para aumentar de forma notable su actividad.
No hace falta deformarlo mucho. A escala atómica, pequeños cambios en las distancias entre átomos pueden alterar cómo interacciona la superficie con las moléculas que participan en la reacción.
855 frente a 856 milivoltios: prácticamente el rendimiento del platino puro
Las pruebas electroquímicas ofrecen una referencia bastante clara.
El catalizador comprimido alcanzó un potencial de 855 mV a una densidad de corriente de 1 mA/cm². En las mismas condiciones, el platino puro alcanzó 856 mV.
La diferencia fue, por tanto, de apenas 1 mV en ese ensayo.
Y todo ello utilizando un material cuya composición permite reducir aproximadamente un 75 % la cantidad de platino respecto a la referencia basada en este metal.
Las pruebas se realizaron en un medio ácido cercano a pH 1, relevante para estudiar catalizadores destinados a determinadas pilas de combustible.
Hay además una segunda observación interesante. Cuando los investigadores hicieron lo contrario y sometieron la aleación a una deformación por tracción del 0,80 %, el rendimiento disminuyó considerablemente.
La dirección de la deformación importa. Comprimir y estirar unos pocos décimos porcentuales puede provocar comportamientos electroquímicos muy diferentes.
La ingeniería de deformaciones entra en juego
Este enfoque se conoce como ingeniería de deformaciones elásticas. La idea consiste en utilizar pequeñas tensiones mecánicas para alterar las propiedades electrónicas de un material sin tener que cambiar por completo su composición química.
En catálisis resulta especialmente atractiva.
La actividad de un catalizador depende en buena medida de cómo se unen temporalmente determinadas especies químicas a su superficie. Una unión excesivamente fuerte puede dificultar que los productos se liberen. Una demasiado débil puede impedir que la reacción avance con suficiente rapidez.
Modificar ligeramente las distancias entre los átomos permite ajustar esas interacciones.
En el trabajo de IMDEA, los resultados experimentales respaldan las predicciones teóricas relacionadas con los cambios en la adsorción y desorción de hidrógeno sobre la superficie del material.
Esto abre una vía interesante: obtener mejores catalizadores no únicamente buscando nuevas composiciones, también controlando físicamente su estructura a escala nanométrica y atómica.
El propio funcionamiento crea una superficie enriquecida en platino
El material presenta otro comportamiento que ayuda a explicar sus prestaciones.
Durante el proceso electroquímico se produce una disolución selectiva del cobre situado en la superficie. Como consecuencia, la zona exterior termina enriquecida en platino.
Se forma así una capa rica en este metal de apenas unos pocos nanómetros de espesor, mientras la estructura inferior conserva la aleación Cu₃Pt.
Es una distribución bastante eficiente de un material caro: concentrar el platino donde realmente resulta útil, la superficie en contacto con los reactivos, evitando utilizar grandes cantidades en zonas del catalizador con menor participación directa en la reacción.
La combinación de esta autoorganización química superficial con la compresión mecánica es precisamente una de las partes más interesantes del trabajo.
Menos platino significa algo más que reducir el precio
El coste es la consecuencia más evidente, pero hay otra cuestión de fondo: la transición energética requiere enormes cantidades de materiales.
Cada tecnología que logra proporcionar las mismas prestaciones utilizando menos recursos estratégicos mejora, al menos potencialmente, su eficiencia material.
El platino pertenece al grupo de los metales del platino, materiales de elevado valor económico cuya producción mundial está geográficamente concentrada. Reducir su utilización puede disminuir la exposición de los fabricantes a fluctuaciones de precios y problemas de suministro.
Europa lleva años intentando reforzar precisamente esta cuestión. La Ley Europea de Materias Primas Fundamentales establece objetivos para 2030 destinados a aumentar la extracción, transformación y reciclaje dentro de la Unión Europea y reducir dependencias excesivas de proveedores individuales.
Para las tecnologías energéticas, la cuestión empieza a ser crucial. No basta con fabricar dispositivos bajos en carbono. También importa cuánto material necesitan, de dónde procede y qué posibilidades existen de recuperarlo al final de su vida útil.
Una posible ayuda para hacer más competitivas las pilas de combustible
Si el método pudiera trasladarse desde las muestras experimentales hasta catalizadores fabricados industrialmente, una de sus aplicaciones más claras estaría en las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM).
Estas pilas resultan especialmente interesantes cuando se necesita combinar autonomía, repostaje rápido y funcionamiento eléctrico, por ejemplo en determinados vehículos pesados, transporte especializado, sistemas estacionarios o aplicaciones donde las baterías presentan limitaciones prácticas.
Reducir la carga de platino podría repercutir en el coste de los electrodos y, finalmente, del conjunto de la pila.
Pero conviene mantener los pies en el suelo.
Un excelente resultado electroquímico en laboratorio todavía está bastante lejos de demostrar que una tecnología pueda fabricar electricidad durante miles de horas dentro de una pila comercial sometida a arranques, paradas, cambios de carga, temperatura, humedad y posibles contaminantes.
Ese salto es ahora la parte importante.
El verdadero examen será la durabilidad
Los propios investigadores señalan dos cuestiones fundamentales antes de pensar en comercialización.
La primera es comprobar que el material puede fabricarse a gran escala y con un coste competitivo. Técnicas perfectamente válidas para producir películas delgadas experimentales pueden resultar demasiado lentas, complejas o caras cuando hay que fabricar grandes superficies.
La segunda dificultad quizá sea todavía más delicada: mantener la deformación compresiva responsable del aumento de actividad durante largos periodos de funcionamiento.
El catalizador deberá conservar su estructura mientras atraviesa innumerables ciclos electroquímicos.
También será necesario estudiar hasta qué punto continúa la disolución del cobre, cómo evoluciona la capa superficial enriquecida en platino y si aparecen procesos de degradación que reduzcan progresivamente la actividad.
Una reducción del 75 % en platino resulta atractiva. Para convertirse en una tecnología industrial tendrá que ir acompañada de estabilidad, reproducibilidad y una fabricación razonablemente sencilla.
Una estrategia que podría extenderse más allá del hidrógeno
Quizá la parte con mayor recorrido científico del trabajo sea precisamente la ingeniería de deformaciones.
Si las propiedades catalíticas pueden ajustarse mediante tensiones mecánicas controladas, la estrategia podría estudiarse en otros materiales y otras reacciones electroquímicas.
Eso permitiría abordar una cuestión recurrente en las tecnologías limpias: cómo obtener prestaciones elevadas reduciendo la utilización de materiales caros o escasos.
La investigación moderna en catálisis avanza cada vez más hacia ese nivel de precisión. No basta con preguntar qué elementos contiene un material. Importa cómo están ordenados sus átomos, qué ocurre exactamente en su superficie y cómo cambia esa superficie durante el funcionamiento.
En este caso, menos de un 1 % de compresión ha sido suficiente para producir una diferencia medible y relevante.
Pequeño cambio físico. Consecuencia electroquímica considerable.
Potencial
El desarrollo de IMDEA Materiales todavía necesita superar la fase de laboratorio, pero plantea una ruta concreta para mejorar la sostenibilidad material de las pilas de combustible.
Una reducción del 75 % del platino, si pudiera mantenerse en dispositivos industriales duraderos, permitiría fabricar más capacidad de generación electroquímica utilizando una cantidad determinada de este metal. Esto podría favorecer aplicaciones del hidrógeno renovable en aquellos sectores donde realmente aporte ventajas frente a la electrificación directa.
También ofrece una lección aplicable a otras tecnologías energéticas: la eficiencia no depende únicamente de consumir menos energía. Utilizar mejor los materiales es otra pieza de la transición.
El camino más razonable pasa ahora por desarrollar catalizadores de mayor superficie, probarlos dentro de pilas completas, someterlos a ciclos prolongados, analizar su degradación y estudiar métodos industriales capaces de mantener la compresión necesaria.
Si esas pruebas funcionan, la combinación de menos metales preciosos, hidrógeno producido con renovables, larga vida útil y reciclaje de los materiales podría mejorar de forma sustancial el balance económico y ambiental de determinadas aplicaciones de las pilas de combustible.
Ahí está el verdadero potencial del avance. No en eliminar el platino de golpe, algo que continúa siendo extremadamente difícil, más bien en conseguir que cada gramo utilizado haga mucho más trabajo.
Vía IMDEA Materials
Más información: J. Redondo et al, The influence of elastic strains on the catalytic activity of Cu3Pt thin films for the oxygen reduction reaction, Electrochimica Acta (2026). DOI: 10.1016/j.electacta.2026.149539
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