Cientistas desenvolveram células de combustível com potência recorde, sem platina

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

Em vez de depender de metais preciosos para funcionar bem, as células de combustível podem estar prestes a ganhar uma alternativa muito mais acessível - e sem abdicar do desempenho. Investigadores da Cornell University desenvolveram um catalisador para células de combustível que dispensa platina e paládio, apostando num material à base de níquel com revestimento de carbono, altamente ativo em meio alcalino e com potencial para uso alargado.

Nas células de combustível tradicionais, a operação em meio ácido obriga ao uso de catalisadores com metais nobres para garantir estabilidade, o que encarece bastante a tecnologia e trava a sua adoção. A nova abordagem recorre a um meio alcalino, onde passam a ser viáveis metais comuns e baratos como níquel, ferro e cobalto - cerca de 500 a 1000 vezes mais baratos.

O grande entrave 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 isso, a equipa revestiu o níquel com uma película ultrafina de carbono do tipo grafeno, com apenas 3–4 átomos de espessura. Esta camada protege o níquel da oxidação e ajuda a manter o catalisador ativo.

Nos testes, o catalisador atingiu uma potência de 1 W por centímetro quadrado, ultrapassando as metas do Departamento de Energia dos EUA para células de combustível que usam metais preciosos. Este resultado coloca a tecnologia num patamar competitivo face aos sistemas convencionais.

O novo catalisador foi avaliado em condições que reproduzem o funcionamento real de células de combustível. Os estudos mostraram que o revestimento de carbono bloqueia de forma eficaz a entrada de oxigénio no níquel, preservando as suas propriedades. Isto foi confirmado por imagens ao nível atómico obtidas através de microscopia.

Embora a durabilidade atual do sistema seja de cerca de 2000 horas - ainda abaixo do objetivo de 15 000 horas - os investigadores acreditam que melhorias de engenharia poderão elevar a estabilidade até ao nível necessário. A química principal da reação já demonstrou funcionar.

No futuro, a tecnologia poderá ser aplicada na indústria automóvel, bem como em geradores estacionários e móveis. Além disso, é adequada para sistemas de eletricidade descentralizados, particularmente úteis em zonas remotas.