Os pesquisadores descobriram que adicionar hidrogênio a um catalisador de ferro-nitrogênio-carbono poderia reduzir significativamente o custo de células de combustível ecologicamente corretas. Durante anos, os investigadores têm trabalhado incansavelmente para encontrar alternativas económicas à platina e outros metais caros utilizados em células de combustível. Seu trabalho se concentra na exploração de várias combinações de ferro, nitrogênio e carbono, três materiais prontamente disponíveis e mais baratos.
No entanto, encontrar um equilíbrio entre a durabilidade e a eficiência destes catalisadores de ferro-nitrogênio-carbono não é uma tarefa fácil, por isso o processo está repleto de desafios. Embora tenham conseguido tornar os catalisadores duráveis ou de alto desempenho, alcançar ambas as propriedades simultaneamente continua sendo um enorme obstáculo.
Um novo estudo liderado pela Universidade de Buffalo pode fornecer uma solução. Na revista Nature Catalysis, os pesquisadores relatam como a adição de hidrogênio durante o processo de fabricação cria catalisadores poderosos que se aproximam do desempenho da platina.
O desenvolvimento representa um grande avanço no potencial da tecnologia de células de combustível para ajudar a fornecer energia livre de poluição a automóveis, camiões, comboios, aviões e outros veículos pesados.
"Durante anos, a comunidade científica tem tentado equilibrar esta compensação. Podemos produzir substâncias eficazes a baixo custo, mas elas degradam-se demasiado facilmente. Ou podemos produzir substâncias muito estáveis, mas o seu desempenho não é comparável ao da platina." “Com este trabalho, damos um passo para resolver este problema”, disse o Dr. Gang Wu, autor correspondente do estudo e professor do Departamento de Química e Bioengenharia da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas.
O trabalho baseia-se em pesquisas anteriores lideradas por Wu que descreveram catalisadores de ferro-nitrogênio-carbono que, embora duráveis, lutaram para acelerar reações químicas importantes em células de combustível.
A nova pesquisa aborda essa limitação em um processo de fabricação chamado pirólise, que envolve o uso de temperaturas extremamente altas para combinar materiais.
Durante o processo de pirólise, os pesquisadores combinaram quatro átomos de nitrogênio com ferro em uma câmara de alta temperatura. Eles então incorporaram o material em várias camadas de grafeno, um carbono resistente, leve e flexível.
Normalmente, esse processo é realizado em uma câmara preenchida com um gás inerte, como o argônio. Mas desta vez, os pesquisadores enviaram gás hidrogênio para a cabine, formando uma mistura de 90% de argônio e 10% de hidrogênio.
Como resultado, os pesquisadores conseguiram controlar com mais precisão a composição do catalisador. Especificamente, eles conseguiram colocar dois compostos diferentes de ferro-nitrogênio-carbono – um com 10 átomos de carbono e outro com 12 átomos de carbono – em posições que ajudaram a aumentar a durabilidade e a eficiência.
O catalisador resultante alcançou o desempenho inicial da célula de combustível, superando em muito as metas do Departamento de Energia para 2025. Ele provou ser mais durável do que a maioria dos catalisadores de ferro-nitrogênio-carbono e está próximo dos típicos cátodos com baixo teor de platina usados em células de combustível.
Fonte compilada: ScitechDaily