Eletrodos ranhurados podem melhorar o desempenho do próton

LOS ALAMOS, Novo México – As células a combustível de membrana de troca de prótons são uma solução energética promissora para reduzir as emissões de carbono no setor de transportes. Como sugerido pelo nome, essas células contêm uma membrana condutora de prótons baseada em materiais poliméricos que serve como eletrólito.

Embora os PEMFC possam ter vantagens notáveis, o seu custo, a durabilidade e a disponibilidade do combustível necessário para os operar terão de melhorar antes de poderem ser implementados em grande escala.

Pesquisadores do Laboratório Nacional de Los Alamos desenvolveram recentemente novos eletrodos que poderiam melhorar significativamente o desempenho e a durabilidade dos PEMFCs. Esses eletrodos, introduzidos na Nature Energy, possuem uma conformação estriada característica que pode facilitar o transporte de oxigênio e prótons nas células a combustível.

“Sabíamos que o desempenho dos eletrodos convencionais era limitado pelo transporte de espécies como oxigênio e prótons, e nos inspiramos no trabalho histórico de nossos colegas do LANL na década de 1990, que descobriram como combinar um catalisador de platina suportado em carbono com ionômero condutor de prótons para obter grandes melhorias de desempenho”, disse Jacob Spendelow, um dos pesquisadores que realizou o estudo, ao Tech Xplore.

“É um pouco surpreendente que, 30 anos depois, os eletrodos de última geração ainda utilizem essencialmente a mesma estrutura. Assim, decidimos redesenhar a estrutura usando uma abordagem de design racional para agilizar o transporte de oxigênio e de prótons.”

Os eletrodos ranhurados projetados por Spendelow e seus colegas têm numerosas cristas em microescala, que consistem essencialmente em um catalisador de platina suportado em carbono, separados por reentrâncias vazias. Devido à sua configuração única, eles podem particionar o transporte de oxigênio e prótons em diferentes partes de sua estrutura.

“Eletrodos convencionais requerem transporte misto de oxigênio e prótons através de todas as partes do eletrodo, o que requer alguns compromissos de design, uma vez que o ionômero condutor de prótons obstrui o transporte de oxigênio”, explicou Spendelow. “Em contraste, ao separar o transporte de oxigênio e prótons, o design do eletrodo com ranhuras permite que partes do eletrodo (as ranhuras) sejam otimizadas para o transporte de oxigênio, enquanto outras partes (as cristas) são otimizadas para o transporte de prótons. Esta abordagem de “dividir para conquistar” permite transporte mais rápido e maior desempenho.”

Os pesquisadores avaliaram seus eletrodos ranhurados em uma série de testes executados em condições operacionais padrão para células de combustível. Eles descobriram que seu desempenho era até 50% melhor que o dos eletrodos convencionais e que poderiam facilitar o transporte de oxigênio e melhorar a uniformidade das reações químicas. Além disso, os eléctrodos ranhurados pareciam ser mais duráveis do que os seus equivalentes convencionais, uma vez que o seu desempenho não diminuiu tanto após um teste de corrosão de carbono.

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