Investigadores de la Universidad Federal del Sur (UFS) han encontrado una manera de mejorar las pilas de combustible, haciéndolas más accesibles y duraderas. Su nuevo catalizador a base de platino y cobre acelera las reacciones necesarias para la generación de electricidad y resuelve el problema del alto costo de los materiales.
Las pilas de combustible transforman la energía química en electricidad, pero su amplia aplicación se ve limitada por el alto costo del platino y la corta vida útil de los catalizadores. El equipo de la UFS estudió cómo se comportan las nanopartículas bimetálicas a base de platino y cobre en condiciones cercanas a las reales. El nuevo material mostró una actividad 5,5 veces mayor que los análogos comerciales y conservó el 67% de su eficacia después de 30.000 ciclos de prueba.
La herramienta clave de la investigación fue el método IL-TEM, implementado en el microscopio JEOL JEM-F200. Junto con la tecnología SEI (visualización de electrones secundarios), permitió a los científicos observar los cambios de las nanopartículas en un sustrato de carbono con una precisión atómica antes y después de las pruebas.
En este trabajo, además del método IL-TEM, también se aplicó una tecnología avanzada de «visualización de electrones secundarios» (Secondary Electron Imaging, SEI). Este método permite obtener una imagen muy detallada de la superficie y detectar incluso los cambios morfológicos mínimos de la muestra.
Tres metodologías de pruebas de estrés mostraron diferentes mecanismos de degradación.
El material más estable resultó ser el protocolo catalítico estándar, correspondiente al funcionamiento estacionario del dispositivo, donde el principal mecanismo de degradación es la disolución de las nanopartículas sin posterior redisposición.
La investigación también reveló un problema: diferentes grupos de científicos utilizan diferentes condiciones de prueba, lo que dificulta la comparación de los resultados. Angelina Pavlets señaló:
Realizamos una recopilación y análisis de estudios publicados sobre el tema de la aplicación del enfoque IL-TEM para evaluar la degradación de sistemas catalíticos complejos y revelamos que no existe una sistematización de los datos. Los investigadores utilizan diferentes condiciones de prueba, lo que dificulta la comparación de los resultados obtenidos entre diferentes grupos. Además, en los trabajos se utilizan no más de dos metodologías de prueba para una misma muestra, lo que, en nuestra opinión, es insuficiente para la certificación de las características de los sistemas catalíticos.
Los resultados se publicaron en la revista Electrochimica Acta (Q1, factor de impacto 6.6). El trabajo se realizó con el apoyo de la Fundación Científica Rusa (proyecto №24-79-10162).
Esperamos que los resultados que presentamos sobre la transformación de la microestructura de un sistema catalítico complejo contribuyan al desarrollo de este campo y animen a los científicos a estudiar exhaustivamente los objetos, incluso utilizando varias metodologías de prueba en combinación con la evaluación de las mismas secciones locales del catalizador antes y después de las pruebas.
El nuevo catalizador reduce el contenido de platino mediante la adición de cobre, lo que abarata la producción. En comparación con otros catalizadores, como los de platino puro, el desarrollo de la UFS requiere menos metal precioso y soporta mejor las cargas.
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