Células a combustível de níquel e carbono prometem reduzir custos e ampliar seu uso

Новая технология на основе никеля и углерода обещает снизить стоимость и расширить применение топливных элементов

A grande trava para as células a combustível saírem do laboratório e ganharem escala quase sempre cai no mesmo ponto: o catalisador. Quando ele depende de metais nobres, como platina ou paládio, o custo do sistema sobe rápido e limita onde a tecnologia faz sentido. Foi justamente esse gargalo que pesquisadores da Cornell University atacaram ao desenvolver um catalisador que dispensa esses materiais caros.

A maioria das células a combustível tradicionais opera em meio ácido, cenário em que a estabilidade do catalisador costuma exigir metais nobres. Só que isso pesa no bolso e segura a adoção. A proposta do novo trabalho é explorar um meio alcalino, no qual dá para usar metais bem mais baratos - como níquel, ferro e cobalto - que custam de 500 a 1000 vezes menos.

O principal obstáculo para células a combustível alcalinas era a baixa velocidade da reação de oxidação do hidrogênio. O níquel, apesar de promissor, oxida rapidamente e perde atividade. Para contornar isso, os cientistas revestiram o níquel com uma camada ultrafina de carbono do tipo grafeno, com apenas 3–4 átomos de espessura. Essa película protege o níquel contra a oxidação e ajuda a manter sua atividade catalítica.

Nos testes, o catalisador atingiu potência de 1 W por centímetro quadrado (1 W/cm²), superando as metas do Departamento de Energia dos EUA para células a combustível que usam metais nobres. Com esse resultado, a tecnologia passa a competir de forma mais direta com sistemas tradicionais.

O novo catalisador foi avaliado em condições que simulam a operação real de células a combustível. Os experimentos indicaram que o revestimento de carbono reduz a entrada de oxigênio no níquel, preservando suas características. Isso foi corroborado por imagens em escala atômica obtidas com técnicas de microscopia.

Embora a durabilidade atual do sistema esteja em torno de 2000 horas - abaixo da meta de 15 000 horas -, os pesquisadores afirmam que melhorias de engenharia devem permitir alcançar a estabilidade necessária. A base química da reação, segundo eles, já mostrou que funciona.

No horizonte, a tecnologia pode ser aplicada na indústria automotiva e também em geradores estacionários e móveis. Além disso, ela se encaixa em modelos descentralizados de fornecimento de energia, especialmente em áreas remotas.