Tecnologia de níquel e carbono promete reduzir custos e ampliar o uso de células a combustível

Nova tecnologia à base de níquel e carbono promete reduzir custos e ampliar o uso de células a combustível

Pesquisadores da Universidade Cornell (Cornell University) criaram um catalisador para células a combustível que dispensa metais preciosos como platina ou paládio. A solução combina níquel com um revestimento de carbono e apresenta alta atividade em meio alcalino, o que a torna uma candidata forte para aplicações mais amplas.

Em geral, células a combustível convencionais operam em meio ácido, onde a estabilidade do catalisador depende do uso de metais nobres. Como esses materiais são caros, o custo acaba limitando a adoção da tecnologia. A proposta do grupo é trabalhar em meio alcalino, ambiente em que é possível empregar metais mais baratos - como níquel, ferro e cobalto - que custam de 500–1000 vezes menos.

Por que o meio alcalino é importante nas células a combustível

Apesar da vantagem econômica, as células a combustível alcalinas enfrentavam um obstáculo central: a reação de oxidação do hidrogênio ocorria lentamente. O níquel, embora seja um material promissor, tende a oxidar rapidamente, perdendo atividade catalítica.

Como o catalisador de níquel com revestimento de carbono resolve a oxidação

Para contornar essa perda de desempenho, os cientistas recobriram o níquel com uma camada ultrafina de carbono na forma de grafeno, com espessura de apenas 3–4 átomos. Esse revestimento atua como barreira protetora contra a oxidação, ajudando o níquel a manter sua atividade.

Nos testes, o catalisador atingiu uma potência de 1 W por centímetro quadrado, superando as metas do Departamento de Energia dos EUA para células a combustível que utilizam metais preciosos. Com isso, a tecnologia se mostra competitiva frente aos sistemas tradicionais.

O novo material também foi avaliado em condições que simulam o funcionamento real de células a combustível. Os resultados indicaram que o revestimento de carbono bloqueia de forma eficiente a entrada de oxigênio no níquel, preservando suas propriedades. Essa proteção foi corroborada por imagens em escala atômica obtidas por microscopia.

Desempenho, durabilidade e aplicações do catalisador

Embora a durabilidade atual do sistema esteja em torno de 2000 horas - abaixo do objetivo de 15 000 horas - os pesquisadores afirmam que ajustes de engenharia devem permitir alcançar a estabilidade necessária. Segundo o estudo, a química fundamental da reação já demonstrou ser eficaz.

No futuro, a tecnologia pode encontrar uso na indústria automotiva, além de geradores estacionários e móveis. Também é uma alternativa para sistemas descentralizados de fornecimento de eletricidade, especialmente em regiões remotas.