Materiales catalizadores de bajo coste para pilas de combustible
Las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) alimentadas con hidrógeno (un combustible que no genera emisiones) suponen una opción muy atractiva para los vehículos impulsados con pilas de combustible. En primer lugar, las PEMFC dividen la molécula de hidrógeno gaseoso en sus protones y electrones constituyentes en un electrodo. Tras esto, el flujo de electrones genera electricidad, antes de que los electrones y protones se recombinen con el oxígeno reducido en el segundo electrodo. El único subproducto resultante es agua. A pesar de que esta tecnología es muy eficiente en la conversión de energía, la reacción que produce oxígeno reducido en las pilas de combustible precisa de un electrodo de platino que es costoso. Este metal precioso catalizador encarece notablemente los costes, por lo que se considera el principal obstáculo para la comercialización masiva de las pilas de combustible. El objetivo del proyecto financiado por la Unión Europea CATHCAT (Novel catalyst materials for the cathode side of MEAs suitable for transportation applications) fue diseñar pilas de combustible que cumplieran los requisitos de eficiencia, durabilidad y rentabilidad. Así, desarrollaron nuevas aleaciones catalizadoras basadas en platino o paladio como primer constituyente y elementos de tierras raras como segundo constituyente. Las reacciones catalíticas se simularon por ordenador, lo que mostró que la actividad catalítica se incrementa cuando se fuerzan los átomos de platino, si bien ese forzamiento tiene un máximo permisible. El equipo empleo distintos métodos electroquímicos para obtener nanopartículas de aleaciones de platino y paladio, algunos al vacío. Según el método que se usara, los átomos de las aleaciones, distribuidos aleatoriamente, formaron estructuras policristalinas o cristalinas ordenadas. Los resultados mostraron que los átomos de platino o paladio dispuestos en capas sobre elementos de tierras raras se comprimen mucho más que los átomos de platino puro, y el consecuente forzamiento favorece de manera notable la eficiencia de la catálisis. En concreto, las nuevas nanopartículas presentaron hasta cinco veces mayor actividad catalítica sin dejar de ser muy estables. El coste tan elevado del platino y otros metales nobles supone un destacado escollo para la comercialización de las PEMFC. Por tanto, usar mucho menos platino, o incluso sustituirlo, supondría un gran abaratamiento de las PEMFC. De esa manera, resultarían más viables para aplicaciones de transporte y, así, sería más fácil su penetración en el mercado.
Palabras clave
Materiales catalizadores, pilas de combustible, platino, PEMFC, CATHCAT, paladio, metales de tierras raras
