Cientistas desenvolveram, com potência recorde, células de combustível sem platina

Новая технология на основе никеля и углерода обещает снизить стоимость и расширить применение топливных элементов

Se o maior travão à massificação das células de combustível é o preço dos catalisadores, uma equipa da Cornell University decidiu atacar o problema pela raiz: tirar os metais nobres da equação. Os investigadores desenvolveram um catalisador que dispensa platina e paládio, recorrendo em vez disso a níquel com um revestimento de carbono, e obtiveram uma atividade elevada em meio alcalino - um cenário com potencial para alargar bastante as utilizações desta tecnologia.

Nas células de combustível mais tradicionais, o funcionamento em meio ácido obriga ao uso de metais preciosos para garantir estabilidade, o que empurra os custos para cima e limita a adoção. A alternativa passa por operar em meio alcalino, onde se podem usar metais mais baratos como níquel, ferro e cobalto - estimados como 500 a 1000 vezes mais económicos.

O principal obstáculo das células de combustível alcalinas era a baixa velocidade da reação de oxidação do hidrogénio. O níquel, apesar de promissor, oxida-se rapidamente e perde atividade. Para contornar isto, os cientistas revestiram o níquel com uma camada ultrafina de carbono (grafeno) com apenas 3–4 átomos de espessura. Esse revestimento protege o níquel da oxidação e mantém o catalisador ativo.

Nos testes, o catalisador atingiu uma potência de 1 W por centímetro quadrado, superando os objetivos do Departamento de Energia dos EUA para células de combustível que usam metais nobres. Este resultado aproxima a nova solução do desempenho das abordagens convencionais, tornando-a competitiva.

O novo catalisador foi avaliado em condições que simulam o funcionamento real de células de combustível. Os ensaios mostraram que o revestimento de carbono bloqueia eficazmente a entrada de oxigénio no níquel, preservando as suas propriedades. Esta proteção foi confirmada com imagens a nível atómico obtidas por microscopia.

Embora a durabilidade atual do sistema seja de cerca de 2000 horas - abaixo da meta de 15 000 horas - os investigadores acreditam que melhorias de engenharia permitirão alcançar a estabilidade necessária. A química fundamental da reação já demonstrou funcionar.

A médio prazo, a tecnologia pode encontrar aplicação na indústria automóvel, bem como em geradores estacionários e móveis. Além disso, é adequada para sistemas descentralizados de fornecimento elétrico, sobretudo em zonas remotas.