equipo de alemania Instituto Fritz Haber de la Sociedad Max Planck ha publicado una investigación que muestra que el ritmo más lento en reacción de reducción de oxígeno (ORR) dentro pila de combustible de hidrógeno No está fijo, en realidad salta dependiendo del voltaje. (sobrevoltaje) y presión de oxígeno. Esto arroja décadas de suposiciones de libros de texto y allana el camino para la frescura. tecnología de pila de combustible Un diseño que podría reducir el uso de platino y acelerar su implantación en camiones pesados, barcos y grandes plantas industriales.
La investigación sobre esta importante reacción ha impulsado tecnología de pila de combustible Desde la década de 1960, se sabe que las membranas celulares en particular intercambian protones. El platino recibe la corona por tener el mayor nivel de potencia y estabilidad. Pero a un precio de más de 30.000 dólares el kilo. ¿Es de extrañar que los científicos hayan pasado años refinando aleaciones de Pt-Ni, Pt-Co y otros ingredientes con bajo contenido de Pt? ¿El truco? Esos viejos modelos cinéticos suponían eternos cuellos de botella. Esto suele basarse en una prueba de media celda. Se puede utilizar para probarlo y usarlo realmente. Conjunto de electrodo de membrana (MEA) donde el voltaje y la corriente son realistas y el gráfico es más grueso.
Reorganización estratégica
liderado por Dr. Sebastián Honor Bajo la dirección de Profesora Dra. Beatriz Roldán CuenhaEl equipo disparó MEA hasta 6 bar O.2 y comparó nanopartículas de platino, iridio, rutenio y rodio sobre soportes de carbono. Observaron que a medida que aumentaba el sobrepotencial, había dos cosas intermedias: la cantidad de oxígeno en la superficie del agua. y la cantidad de agua acumulada alrededor del área con movimiento. Esos factores determinan los pasos iniciales en la vía ORR de cuatro electrones que se convierten en marcapasos.
Tradicionalmente, la gente ha señalado el acoplamiento protón-electrón o la escisión del enlace O-O como cuellos de botella, pero en las operaciones del mundo real, cuando el potencial es demasiado alto, la transferencia inferior de protón-electrón se demora. Mientras que a voltajes más altos la absorción de oxígeno o la ruptura del enlace O-O se roba el espectáculo, ¿la presión? Apenas mueve la aguja. Esto hace que el potencial para el ajuste del catalizador sea demasiado alto.
Descripción técnica
- MEA también probado Teniente Coronel.– y– ru– R Nanopartículas hasta 6 bar O2–
- ORR de 4 electrones: O2 + 4 horas– +4e– → 2 h.2Vaya
- El paso limitante de la velocidad pasa de la transferencia protón-electrón a la escisión del enlace O-O cuando el potencial eléctrico aumenta demasiado.
- La reestructuración artificial de la superficie y la capa de agua impulsa esta cinemática dinámica.
Ideas clave
- Los cuellos de botella de ORR ya no son un problema en condiciones operativas. Pero saltará según el voltaje.
- El voltaje ajustado pulsa más fuerte para una velocidad de reacción más rápida.
- La puesta a cero en una ventana de voltaje específica puede guiar el ajuste de la aleación y la morfología. reduciendo la carga de platino entre un 20% y un 40%
- Estas cinemáticas dinámicas están directamente relacionadas con el transporte de cargas pesadas y energía estacionaria. reducción de carbono industrial proyecto
Inversión global en hidrógeno verde y pila de combustible de hidrógeno El año pasado aumentó a más de 10 mil millones de dólares. Está impulsado por el transporte pesado y la energía industrial. Al ajustar los sitios activos para voltajes óptimos, los OEM pueden ahorrar cientos de dólares por kilovatio de capacidad de pila. Además, evitar un régimen de sobrepotencial puede aumentar la vida útil del catalizador entre un 10% y un 15%, reduciendo el ciclo de reemplazo y el Opex en el futuro. energía sostenible–
Política y cooperación
Desde la directiva Fit for 55 de la Unión Europea hasta la legislación antiinflacionaria de Estados Unidos. Los incentivos a menudo se basan en métricas como el costo y la durabilidad del catalizador. Tener estos conocimientos dinámicos de ORR en su conjunto de herramientas puede brindar a los desarrolladores de proyectos una ventaja real al buscar financiación o participar en licitaciones de adquisiciones.
desarrollo paralelo
Los catalizadores que no son de Pt (piense en Fe-NC) todavía están rezagados en cuanto a durabilidad y densidad de energía. Mientras tanto, se recurre a estructuras núcleo-cubierta basadas en Pt y soportes 2D como MXenes para explotar ese cuello de botella dependiente del voltaje. Es un sprint multifacético para equilibrar costos, rendimiento y estabilidad a largo plazo.
Al final, este avance resalta por qué las pruebas MEA a gran escala son siempre superiores a las pruebas ideales de media celda. ¿Está planeando su próximo paso en I+D? ¿O está considerando un socio para su estrategia de hidrógeno? Asegúrese de que estén ajustados dinámicamente. reacción de reducción de oxígeno Cinemática, y no basarse únicamente en modelos de libros de texto antiguos.
Fuente: naturaleza
