Innovación con nanocables: revolucionando las pilas de combustible con mayor durabilidad

Por Laboratorio Nacional de Los Alamos28 de agosto de 2023

Nanocables coaxiales alineados verticalmente en un electrodo con protones transportados en el núcleo de ionómero dentro del nanocables. Los electrones transportados en la capa de nanopelícula de platino se combinan con el oxígeno para completar la reacción del cátodo de la pila de combustible. Crédito LANL

Un diseño innovador de celda de combustible ofrece avances potenciales para camiones pesados ​​y otras aplicaciones de celdas de combustible limpias. Un diseño de celda de combustible prometedor y más duradero podría ayudar a transformar los camiones pesados ​​y otras aplicaciones de celdas de combustible limpias. El electrodo innovador, que consta de nanocables que son menos susceptibles a la corrosión que otros diseños, el corazón de una celda de combustible de membrana de electrolito polimérico, podría marcar el comienzo de una nueva era para las celdas de combustible, que utilizan hidrógeno como energía libre de emisiones para vehículos.

"En términos del mundo real, esto significa que podemos tener una celda de combustible más duradera que proporcionará una alta economía de combustible durante una vida útil más larga", dijo Jacob Spendelow, científico del equipo del Laboratorio Nacional de Los Álamos que describió sus resultados en la revista. Materiales avanzados. "Este trabajo demuestra que podemos deshacernos de los soportes de catalizadores convencionales a base de carbono, eliminando los problemas de degradación asociados con la corrosión del carbono, y al mismo tiempo lograr un alto rendimiento de la pila de combustible".

La mayor durabilidad convierte a esta pila de combustible en un candidato prometedor para su uso en aplicaciones de camiones pesados, donde es esencial una longevidad de la pila de combustible superior a 25.000 horas.

El electrodo de nanocables coaxial (CANE) consta de una serie de nanocables alineados verticalmente en el que cada nanocables comprende una película de platino catalíticamente activa que rodea un núcleo de polímero conductor de iones. Al evitar los soportes de catalizadores a base de carbono, CANE elimina los mecanismos de degradación comunes asociados con la corrosión del carbono.

Para evaluar la durabilidad de la nueva pila de combustible, el equipo del Laboratorio Nacional de Los Álamos realizó pruebas de estrés aceleradas. Sorprendentemente, el CANE perdió apenas un 2% de su rendimiento después de someterse a 5.000 ciclos de pruebas de estrés dirigidos a los materiales de soporte. Por el contrario, un electrodo tradicional a base de carbono experimentó una asombrosa disminución del 87 % en su rendimiento.

El enfoque de nanocables coaxiales es uno de varios diseños novedosos de celdas de combustible generados en el Laboratorio Nacional de Los Álamos; Recientemente se describió un diseño de electrodo ranurado en Nature Energy.

Referencia: “Los electrodos de nanocables coaxiales permiten una durabilidad excepcional de las pilas de combustible” por Gaoqiang Yang, Siddharth Komini Babu, Wipula PR Liyanage, Ulises Martinez, Dmitri Routkevitch, Rangachary Mukundan, Rodney L. Borup, David A. Cullen y Jacob S. Spendelow, 19 de junio 2023, Materiales Avanzados.DOI: 10.1002/adma.202301264

Financiamiento: Este trabajo fue apoyado por la Oficina de Tecnologías de Hidrógeno y Pilas de Combustible del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE-HFTO) a través del consorcio Million Mile Fuel Cell Truck, así como por el programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio del Laboratorio Nacional de Los Álamos. Este trabajo se realizó, en parte, en el Centro de Nanotecnologías Integradas, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias operada por la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU. La microscopía electrónica se realizó en el Centro de Ciencias de Materiales Nanofásicos, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE en el Laboratorio Nacional Oak Ridge.