Uma nova tecnologia baseada em nano-partículas vai possibilitar a redução do custo da platina e aumentar a vida das células de combustível de hidrogénio.
Uma equipa de cientistas da Universidade Brown desenvolveu um novo catalisador que poderia tornar os veículos movidos a célula de combustível de hidrogénio mais económicos.
Esta nova tecnologia é baseada em nano-partículas constituídas por uma liga de platina e cobalto, o novo catalisador não é apenas mais económico que a platina pura, mas também é mais eficiente e duradouro.
As células de combustível de hidrogénio prometem veículos que, com a infraestrutura adequada, combinam a ecologia dos carros elétricos com a autonomia e a liberdade dos combustíveis fósseis convencionais.
No entanto, para que as células de combustível funcionem, elas precisam de um catalisador para facilitar a reação crítica de redução de oxigénio.
As células de combustível contêm uma membrana de troca de protões (PEM) com hidrogénio num lado e ar contendo oxigénio noutro. Os eletrões são removidos dos átomos de hidrogénio e absorvidos pelos átomos de oxigénio na chamada reação de redução de oxigénio para gerar eletricidade.
O problema é que, para a reação funcionar é necessário um catalisador. Caso contrário, o obstáculo energético é muito grande.
A platina é o principal catalisador, mas o elemento é caro, pouco eficiente e propenso a “envenenar” as impurezas nas moléculas de platina, evitando reações.
De acordo com o líder da equipe Junrui Li, a liga de platina com metais como o cobalto é mais barata e torna o catalisador mais eficiente, mas o metal de base rapidamente se oxida dentro das condições adversas da célula de combustível.
Para evitar isso, a equipe da Universidade de Brown criou nano-partículas que consistem numa camada externa de platina pura e um interior construído por camadas alternadas de átomos de platina e cobalto.
Estas camadas intensificam as capacidades reativas da platina ao mesmo tempo que impedem que os átomos se escapem na reação, aumentando o tempo de vida do elemento catalisador.
Vídeo da TOYOTA sobre o funcionamento de um veículo a célula de combustível
https://www.youtube.com/watch?v=SVcFziqHM44
“A disposição em camadas de átomos no núcleo ajuda a suavizar e apertar a rede de platina na camada externa”, diz Shouheng Sun, professor de química. “Isso aumenta a reatividade da platina e ao mesmo tempo protege os átomos de cobalto de serem consumidos durante uma reação. É por isso que essas partículas têm um desempenho muito suprior do que partículas de liga com disposições aleatórias de átomos de metal.”
Os testes das novas nano-partículas catalíticas mostram que eles já superaram a platina e permaneceram ativos após 30.000 ciclos de voltagem – um ponto em que a platina cai radicalmente.
No entanto, a equipa salienta que o que acontece numa bancada de laboratório é diferente do que acontece dentro de uma célula de combustível com maior temperatura e acidez.
O novo catalisador foi enviado para o Laboratório Nacional Los Alamos para testes adicionais dentro de uma célula de combustível real.
A equipa afirma que os testes indicam que o novo catalisador excede as metas estabelecidas pelo Departamento de Energia dos EUA (DOE) para atividade inicial e durabilidade de longo prazo, com uma atividade inicial de 0,56 amperes por miligrama e uma atividade após 30.000 ciclos (equivalente a cinco anos dentro de uma célula de combustível) de 0,45 amperes.
Mesmo depois de 30.000 ciclos, nosso catalisador ainda excedeu o alvo do DOE para a atividade inicial. Este tipo de performance num ambiente de célula de combustível do mundo real é realmente promissor.
O trabalho de investigação sobre este tipo de catalisador vai continuar e já originou um pedido provisório de patente.
Falta apenas testar a nova liga de cobalto e platina em condições reais. Se for possível replicar a experiência laboratorial da Universidade Brown no mundo real, vai ser alcançado um marco muito importante pois vai acelerar o desenvolvimento de viaturas automóveis movidas a hidrogénio.
