Las pilas de combustible de hidrógeno son una tecnología respetuosa con el medio ambiente que convierte el hidrógeno en electricidad, siendo el calor y el agua los únicos subproductos. Esto las convierte en una atractiva alternativa ecológica para la energía portátil. Sin embargo, la tecnología de las pilas de combustible se ha visto limitada por su elevado coste, ya que utilizan materiales escasos y caros como el platino para el catalizador.
Ahora, investigadores del Imperial College de Londres han desarrollado un catalizador que sólo utiliza hierro, carbono y nitrógeno -materiales baratos y fácilmente disponibles- para las pilas de combustible de hidrógeno. Puede sustituir al raro y costoso platino, permitiendo un mayor uso de la tecnología. Si se utilizan con prudencia, son tan eficaces como el metal precioso para hacer funcionar una pila de combustible a alta potencia.
Nuestro diseño de catalizador más barato debería hacer esto realidad y permitir el despliegue de un número significativamente mayor de sistemas de energía renovable que utilicen el hidrógeno como combustible, reduciendo en última instancia las emisiones de gases de efecto invernadero y poniendo al mundo en la senda de las emisiones netas cero.
Anthony Kucernak, profesor del Departamento de Química del Imperial.
Para hacerlo funcionar, el equipo del Imperial fabricó un catalizador en el que todo el hierro estaba disperso como átomos individuales dentro de una matriz de carbono conductora de electricidad. El hierro de un solo átomo tiene propiedades diferentes a las del hierro en masa, donde todos los átomos están agrupados, lo que lo hace más reactivo. Esto significa que el hierro potencia la reacción necesaria en la pila de combustible, actuando como un buen sustituto del platino.
Hemos desarrollado un nuevo enfoque para fabricar una serie de catalizadores de un solo átomo que ofrecen la oportunidad de permitir una serie de nuevos procesos químicos y electroquímicos. En concreto, hemos utilizado un método sintético único, denominado transmetalación, para evitar la formación de cúmulos de hierro durante la síntesis. Este proceso debería ser beneficioso para otros científicos que busquen preparar un tipo de catalizador similar.
Dr. Asad Mehmood, Departamento de Química del Imperial.
En las pruebas de laboratorio, los investigadores demostraron que un catalizador de hierro de un solo átomo tiene un rendimiento similar al de los catalizadores basados en platino en un sistema real de pilas de combustible. El catalizador a base de hierro permite construir pilas de combustible más baratas que reducirán considerablemente el coste de las aplicaciones de las pilas de combustible.
El equipo trabaja ahora en la mejora de la estabilidad del catalizador para que tenga la misma durabilidad y rendimiento que el platino, y espera poder ampliarlo para utilizarlo en pilas de combustible comerciales.
Más información: www.nature.com (texto en inglés).
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