Los avances en las observaciones
en tiempo real de la degradación de los catalizadores en las pilas de
combustible podrían abrir las puertas a una nueva generación más eficiente y
duradera.
Toyota Motor Corporation
(TMC) y el Centro de Cerámica Fina de Japón han desarrollado una nueva técnica
de observación gracias a la cual los investigadores pueden supervisar el
comportamiento de las partículas nanométricas de platino en las reacciones
químicas que se producen en las pilas de combustible, para poder observar los
procesos que reducen la reactividad catalítica.
El platino es un catalizador
esencial para las reacciones químicas que se producen entre el oxígeno y el
hidrógeno en las pilas de combustible para generar electricidad. La menor
reactividad es el resultado del "engrosamiento" de las nanopartículas
de platino, un proceso por el cual aumenta el tamaño de las mismas pero
disminuye su área superficial. Hasta ahora, sin embargo, no ha sido posible
observar los procesos que dan lugar a ese “engrosamiento”, por lo que resultaba
difícil analizar las causas subyacentes.
Gracias al nuevo método de
observación, se pueden detectar los puntos del carbono portador donde el
platino se engrosa, así como el voltaje generado durante el proceso de
engrosamiento. El método también puede ayudar a determinar las distintas
características de diversos tipos de materiales portadores. Este análisis
global puede guiar la I+D hacia la mejora del rendimiento y la durabilidad del
catalizador de platino, así como de la pila de combustible.
Las pilas de combustible
generan electricidad a través de la reacción química del hidrógeno gaseoso que
lleva el vehículo con el oxígeno del aire. Más concretamente, cada una de las
celdas del sistema genera electricidad a partir de la reacción química entre el
cátodo de oxígeno y el ánodo de hidrógeno, que produce agua como subproducto.
Durante la reacción química,
las moléculas de hidrógeno se separan en electrones e iones de hidrógeno en el
ánodo de hidrógeno, donde el catalizador de platino separa los electrones de la
molécula de hidrógeno. Los electrones se desplazan hasta el cátodo de oxígeno y
generan la electricidad que propulsa el motor. Mientras tanto, los iones de
hidrógeno atraviesan una membrana de polímero para llegar al cátodo de oxígeno,
donde se produce agua como subproducto de los iones y electrones de hidrógeno
al exponerse al oxígeno del aire. El platino también funciona como catalizador
de esta reacción.
El platino es esencial para
la generación de electricidad en las pilas de combustible, y desempeña un papel
crucial para aumentar la eficiencia de la generación eléctrica en la pila de
combustible.
Sin embargo, el platino es
escaso y caro. Por otra parte, al generarse electricidad, las nanopartículas de
platino se engrosan, con lo que disminuye la potencia de la pila de
combustible. Para evitar ese engrosamiento y mantener el rendimiento
catalítico, es preciso conocer el comportamiento subyacente al proceso. No
obstante, la microscópica escala de las nanopartículas de platino dificulta la
observación por medios convencionales.
El método convencional de
observación de nanopartículas de platino consiste en comparar en un punto fijo
las partículas de platino antes de la reacción y después de la reacción.
Mediante este método, se descubrió que, después de la reacción, las nanopartículas
de platino eran más gruesas y presentaban una menor reactividad. No obstante,
solo se pueden plantear hipótesis en cuanto a esta reducción, por la
imposibilidad de observar los procesos que dan lugar a ese engrosamiento.
En cambio, la nueva técnica
de observación emplea una nueva muestra observable de menor escala, que puede
simular el entorno y las condiciones exactas que se producen en las pilas de
combustible. Esto, junto con un nuevo método de aplicación de voltaje a las
muestras montadas en un microscopio electrónico de transmisión, permite
observar el proceso de engrosamiento en tiempo real todas las fases de la
generación eléctrica. Un microscopio electrónico de transmisión es un
dispositivo que permite la observación y el análisis de materiales de tamaño
atómico (0,1 nm).
La imágen adjunta muestra el
engrosamiento de las nanopartículas de platino.
Las líneas de puntos
muestran el engrosamiento de las nanopartículas de platino sobre un portador de
carbono. Los partículas de platino se han desplazado y unido para formar
nanopartículas de platino más grandes y gruesas.
Toyota España (TES)
distribuye y comercializa y da servicio Postventa a los vehículos de las marcas
Toyota y Lexus, desde su sede central en Alcobendas (Madrid), contando con una
red de 78 concesionarios Toyota, presentes en 184 puntos de venta Toyota y 217
puntos de asistencia Toyota. La distribución de vehículos se realiza desde el
Centro logístico de Sagunto (Valencia) y la de recambios desde el Almacén
Central de Illescas (Toledo). Además, Toyota España cuenta con un Centro de
Formación en San Agustín del Guadalix (Madrid). En el ejercicio 2014, las
matriculaciones de Toyota en España alcanzaron las 42.345 unidades y las de
Lexus las 3.150 unidades. http://www.toyotaprensa.es
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