Cómo funcionan los catalizadores de las pilas de combustible
Un punto importante a tener en cuenta de antemano: a diferencia de los motores de combustión interna, los catalizadores de las pilas de combustible no se utilizan para limpiar los gases de escape, sino para generar energía. Esto se debe a que, en una pila de combustible, el hidrógeno no se quema como en un motor de combustión interna. En su lugar, se convierte en energía eléctrica. Los catalizadores se emplean para acelerar este proceso.
Las reacciones críticas en el ánodo (donde el hidrógeno se divide en protones y electrones) y el cátodo (donde el oxígeno, los protones y los electrones reaccionan para formar agua) se producen muy lentamente por sí solas. Los catalizadores aceleran estas reacciones, haciéndolas técnicamente viables. Sin catalizadores, la pila de combustible prácticamente no generaría electricidad.
Sin embargo, los procesos electroquímicos de los catalizadores de las pilas de combustible siguen estando relativamente poco investigados. Esta laguna fue abordada por el Instituto Fritz Haber, que investigó sistemáticamente cómo la actividad de cuatro catalizadores de pilas de combustible diferentes depende del voltaje y la presión.
Los resultados revelaron que la actividad del catalizador no puede atribuirse a un único paso de reacción limitador de la velocidad (un efecto de cuello de botella). En su lugar, está influida por varios pasos determinantes de la velocidad, en función de la tensión aplicada.
El Dr. Sebastian Öner, jefe del equipo de investigación, explica: "Durante décadas, los investigadores han aplicado con frecuencia análisis y teorías basados en el supuesto de que existe un único paso de reacción que determina la velocidad. Nuestro trabajo rompe con esta tradición. Proporcionamos un marco cinético para analizar la espectroscopia y la microscopia operando, que se han utilizado durante décadas para estudiar los cambios estructurales y químicos dependientes del voltaje. Una cuestión central es cómo las propiedades dinámicas y microscópicas dependientes del sobrepotencial y de la presión influyen en todo el conjunto, definiendo en última instancia los parámetros de activación. Nuestros resultados proporcionan un nuevo impulso para futuras investigaciones".
En otras palabras, aunque estos nuevos conocimientos no ofrecen un producto acabado, remodelan fundamentalmente nuestra comprensión de la reacción central en las pilas de combustible. Esto crea una base más sólida para la investigación de materiales, las simulaciones y el desarrollo industrial. Los descubrimientos del instituto podrían, por ejemplo, ayudar a tener más en cuenta las condiciones de funcionamiento del mundo real, perfeccionar el desarrollo de catalizadores, reducir las necesidades de platino de los catalizadores y mejorar la robustez y durabilidad de las pilas de combustible.
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