Una de las necesidades humanas más imperantes es el transporte. Hoy en día, en nuestra civilización es tan vital que dependemos totalmente de ella, tanto para trasladarnos como para transportar nuestros recursos, sean agua, alimentos, o cualquier otra necesidad básica.
Por tal motivo, es lógico pensar que la industria automotriz busque desarrollar tecnologías que le permitan un mejor desempeño. Se espera que un futuro próximo este sector económico se beneficie enormemente de la nanotecnología y los nanomateriales.
Las expectativas globales de menores emisiones y ahorro de combustible están creando enormes demandas de materiales ligeros, duraderos y de bajo costo para reemplazar los metales y compuestos costosos, y la nanotecnología puede ayudar a satisfacer esas demandas.
Los científicos liderados por la Universidad Johns Hopkins han desarrollado un nuevo método para aumentar la reactividad de nanosheets ultrafinos, con solo unos átomos de espesor, un avance que puede hacer que las celdas de combustible para autos de hidrógeno sean más baratas en el futuro.
La investigación, publicada en la revista Science, promete una producción más rápida y barata de energía eléctrica utilizando celdas de combustible, y también productos químicos y materiales a granel como el hidrógeno.
El nuevo método se centra en buscar la cantidad justa, para evaluar cuánto metal se requeriría para los electrodos de celda de combustible. La técnica utiliza las fuerzas sobre la superficie de un metal para identificar el grosor ideal del electrodo.
“Cada material experimenta una tensión en la superficie debido a la ruptura de la simetría cristalina del material a nivel atómico. Descubrimos una forma de hacer que estos cristales queden ultrafinos, disminuyendo así la distancia entre los átomos y aumentando la reactividad del material”, dice Chao Wang, profesor asistente de ingeniería química y biomolecular en la Universidad Johns Hopkins y uno de los autores correspondientes del estudio.
La deformación es, en definitiva, una propiedad de cualquier material. Por ejemplo, cuando se dobla una hoja de papel, las redes complejas que sostienen el papel se cambian en respuesta a la fuerza aplicada.
Los investigadores probaron su teoría sobre el paladio, un metal muy similar al platino.
En este estudio, Wang y sus colegas manipularon el efecto de tensión, o la distancia entre los átomos, haciendo que el material cambie dramáticamente.
Al hacer esas celosías increíblemente delgadas, aproximadamente un millón de veces más delgadas que una hebra de cabello humano, el material se vuelve mucho más fácil de manipular, al igual que una hoja de papel es más fácil de doblar que una pila de papel más gruesa, una analogía impresionante pues explica claramente el principio de este nuevo método.
“Descubrimos una forma de hacer que estos cristales queden ultrafinos, lo que disminuye la distancia entre los átomos y aumenta la reactividad del material”… “Al ajustar la delgadez de los materiales, pudimos crear más tensión, lo que cambia las propiedades del material, incluida la forma en que las moléculas se mantienen juntas. Esto significa que tienes más libertad para acelerar la reacción que deseas en la superficie del material”, dijo Wang en un comunicado.
“Básicamente estamos usando la fuerza para ajustar las propiedades de las láminas metálicas delgadas que forman electrocatalizadores, que son parte de los electrodos de las celdas de combustible”, dijo Jeffrey Greeley, profesor de la Universidad de Purdue en los Estados Unidos.
Un ejemplo de cómo las reacciones de optimización pueden ser útiles en la aplicación es el aumento de la actividad de los catalizadores utilizados para los automóviles de pila de combustible.
Si bien las celdas de combustible representan una tecnología prometedora para vehículos eléctricos sin emisiones, el desafío radica en el gasto asociado con los catalizadores de metales preciosos como el platino y el paladio, limitando su viabilidad a la gran mayoría de los consumidores.
Un catalizador más activo para las celdas de combustible puede reducir los costos y despejar el camino para la adopción generalizada de energía verde y renovable.
Los investigadores estiman que su nuevo método puede aumentar la actividad del catalizador de 10 a 20 veces, utilizando un 90% menos de metales preciosos que lo que se requiere actualmente para alimentar una celda de combustible.
A medida que el mundo pasa de la quema de combustibles fósiles a vehículos completamente eléctricos e hidrógeno, la nanotecnología es el corazón de la avanzada tecnología de celdas de combustible. El uso de la nanotecnología y los nanomateriales de carbono hará que esto sea una realidad. Las celdas de combustible nano-infundidas pueden proporcionar una manera más segura y menos costosa de fabricar vehículos impulsados por hidrógeno.
Estos materiales prometen ser muy rentables y de alto rendimiento, que es prácticamente lo que este sector industrial requiere para se desplegarse ampliamente. Es hora de tratar de compensar los problemas del cambio climático o los efectos producidos en el ambiente por el consumo de combustibles fósiles y la creación de tecnologías como esta; se encaminan hacia esa dirección.
