Inovação em nanofios: revolucionando células de combustível com maior durabilidade

Por Laboratório Nacional de Los Alamos 28 de agosto de 2023

Nanofios coaxiais alinhados verticalmente em um eletrodo com prótons transportados no núcleo de ionômero dentro do nanofio. Os elétrons transportados no invólucro do nanofilme de platina combinam-se com o oxigênio para completar a reação do cátodo da célula de combustível. Crédito LANL

Um projeto inovador de célula de combustível oferece avanços potenciais para caminhões pesados ​​e diversas outras aplicações de células de combustível limpas. Um projeto de célula de combustível promissor e mais durável poderia ajudar a transformar o transporte rodoviário pesado e outras aplicações de células de combustível limpas. Consistindo em nanofios que são menos suscetíveis à corrosão do que outros designs, o eletrodo inovador – o coração de uma célula de combustível de membrana eletrolítica polimérica – poderia inaugurar uma nova era para células de combustível, que usam hidrogênio como energia livre de emissões para veículos.

“Em termos do mundo real, isto significa que podemos ter uma célula de combustível mais durável que proporcionará uma elevada economia de combustível durante uma vida útil mais longa”, disse Jacob Spendelow, cientista da equipa do Laboratório Nacional de Los Alamos que descreveu os seus resultados na revista. Materiais avançados. “Este trabalho demonstra que podemos nos livrar dos suportes catalíticos convencionais à base de carbono, eliminando os problemas de degradação associados à corrosão do carbono, ao mesmo tempo em que alcançamos alto desempenho da célula de combustível.”

A maior durabilidade torna esta célula de combustível uma candidata promissora para uso em aplicações de transporte pesado, onde a longevidade da célula de combustível superior a 25.000 horas é essencial.

O eletrodo de nanofio coaxial (CANE) consiste em uma matriz de nanofios alinhados verticalmente em que cada nanofio compreende um filme de platina cataliticamente ativo envolvendo um núcleo de polímero condutor de íons. Ao evitar suportes catalíticos à base de carbono, o CANE elimina mecanismos comuns de degradação associados à corrosão do carbono.

Para avaliar a durabilidade da nova célula de combustível, a equipe do Laboratório Nacional de Los Alamos conduziu testes de estresse acelerados. Notavelmente, o CANE perdeu apenas 2% do seu desempenho depois de passar por 5.000 ciclos de testes de estresse direcionados aos materiais de suporte. Em contraste, um eletrodo tradicional à base de carbono sofreu um declínio surpreendente de 87% no desempenho.

A abordagem de nanofios coaxiais é um dos vários novos projetos de células de combustível gerados no Laboratório Nacional de Los Alamos; um design de eletrodo ranhurado foi descrito recentemente na Nature Energy.

Referência: “Eletrodos de nanofios coaxiais permitem durabilidade excepcional da célula de combustível” por Gaoqiang Yang, Siddharth Komini Babu, Wipula PR Liyanage, Ulises Martinez, Dmitri Routkevitch, Rangachary Mukundan, Rodney L. Borup, David A. Cullen e Jacob S. Spendelow, 19 de junho 2023, Materiais Avançados.DOI: 10.1002/adma.202301264

Financiamento: Este trabalho foi apoiado pelo Escritório de Tecnologias de Hidrogênio e Células de Combustível do Departamento de Energia dos EUA (DOE-HFTO) por meio do consórcio Million Mile Fuel Cell Truck, bem como do programa de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido por Laboratório no Laboratório Nacional de Los Alamos. Este trabalho foi realizado, em parte, no Centro de Nanotecnologias Integradas, uma instalação para usuários do Office of Science operada pelo Departamento de Energia dos EUA. A microscopia eletrônica foi conduzida no Center for Nanophase Materials Sciences, uma instalação do DOE Office of Science User no Oak Ridge National Laboratory.