Cuando los autos producen agua en lugar de gases de escape

Las pilas de combustible de hidrógeno se consideran un faro de esperanza en la discusión sobre el sistema de propulsión del futuro. Su mayor ventaja: el agua y el calor son los únicos "residuos" que emiten. Una de las desventajas actuales más importantes: los costos, que dependen en gran medida del material muy caro platino, necesario para el catalizador en la pila de combustible. Sin embargo, reducir el contenido de platino en la pila de combustible también reduce aún más la potencia eléctrica generada. El Prof. Dr. Peter Strasser de la TU Berlín y sus colaboradores en el Departamento de Electrocatalisis y Materiales han logrado, en cooperación con científicos de BMW, diseñar químicamente el material portador del catalizador en una pila de combustible de hidrógeno apta para automóviles, de modo que, a pesar de un bajo uso de platino, se genere una alta potencia eléctrica. Sus resultados han sido publicados recientemente en la prestigiosa revista Nature Materials.

En los vehículos con pilas de combustible, en última instancia, también se trata de autos eléctricos. La diferencia: la electricidad necesaria no se almacena en una batería, sino que se genera a bordo durante la conducción según la demanda. En dos electrodos separados de la pila de combustible, el hidrógeno, que se transporta en un tanque especial en el coche, reacciona con el oxígeno del aire ambiente. Esto produce electricidad y agua. La electricidad generada se consume o se almacena en una pequeña batería de almacenamiento. Para la reacción electroquímica en el cátodo de la pila de combustible, se requiere un catalizador de platino. "Incluso si los autos con pilas de combustible actualmente en el mercado utilizan solo 30 gramos de platino por pila, todavía estamos lejos del objetivo a largo plazo y sostenible de cinco gramos de platino por coche con pila de combustible", explica Peter Strasser.

El problema: las nanopartículas de platino deben aplicarse en una distribución extremadamente uniforme junto con un ionómero, un plástico que conduce iones de hidrógeno (protones), sobre la sustancia portadora de carbono. Cuanto menor sea la cantidad de nanopartículas de platino, más importante es la distribución uniforme del ionómero para que todos los reactantes involucrados tengan acceso a las partículas de platino, que actúan como catalizador. Una distribución desigual del ionómero resulta en una alta resistencia al transporte de moléculas de oxígeno, lo que a su vez conduce a una pérdida significativa en el voltaje y la potencia eléctrica generados. "En el trabajo publicado ahora, describimos la fabricación de un nuevo material de soporte de carbono químicamente modificado con propiedades superficiales personalizadas. Gracias a esto, logramos una distribución hasta ahora inalcanzable del ionómero en este material portador. Así, alcanzamos altas densidades de potencia con un bajo uso de platino", explica el científico. Este catalizador personalizado alcanzó una capacidad de rendimiento y estabilidad en la generación de electricidad en la pila de combustible sin precedentes, con un consumo de platino al menos un 50% menor.

"Lo especial de nuestro enfoque: trabajamos directamente con una pila de combustible apta para automóviles, por lo que nuestros resultados tienen la oportunidad de integrarse de manera inmediata en las próximas generaciones de autos con pila de combustible", comenta Peter Strasser con entusiasmo por el éxito.

Para más información, con gusto:

Prof. Dr. Peter Strasser
TU Berlín
Departamento de Química Técnica
Grupo de energía electroquímica, catálisis y ciencia de materiales
Tel.: 030/314-22261
Correo electrónico: peter.strasser@tu-berlin.de