Nuevos avances en catalizadores de combustible de hidrógeno

células de combustible a escala económica. Para hacer del hidrógeno un combustible alternativo popular, algunos ingenieros están trabajando en un factor de almacenamiento de combustible de hidrógeno . No quieren hidrógeno comprimido en un tanque. Quieren almacenar combustible de hidrógeno en una gran molécula. Cuando queremos que el hidrógeno salga de la molécula, necesitaremos un catalizador. Ahora, los investigadores tienen nuevos detalles sobre uno de estos catalizadores.

>Científicos del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del Departamento de Energía están trabajando en catalizadores. Están descubriendo las características del catalizador que son un grupo de rodio, boro y otros átomos. El catalizador reacciona químicamente con el borano amoniacal para liberar el hidrógeno como gas. El amoníaco borano es una molécula que almacena hidrógeno densamente. Roger Rousseau, químico del PNNL y autor del estudio, comparte sus pensamientos: «Estos estudios nos dicen cuál es la parte más difícil de la reacción química. Si podemos encontrar una manera de cambiar la parte difícil, es decir, hacer más fácil la liberación del hidrógeno, entonces podemos mejorar este catalizador».

Investigadores e ingenieros están calculando el sistema de almacenamiento de hidrógeno que es seguro y descarga el hidrógeno fácilmente. Están «almacenando» hidrógeno como parte de una molécula más grande. El amoníaco borano contiene átomos de hidrógeno y sirve como retén estructural. El trabajo del catalizador es extraer el hidrógeno del borano amoniacal.

Los químicos del PNNL en el Instituto de Catálisis Interfacial están apostando por el catalizador a base de rodio. Los científicos están trabajando en varias combinaciones estructurales que pueden dar el máximo rendimiento. Ahora mismo están probando varias formas como el tetraedro, o una pirámide triangular con cuatro átomos de rodio en el centro. Para llegar a la combinación ideal, están probando tanto teoría como trabajo experimental.

Emplearon varios métodos para la reacción de borano amoniacal. Utilizaron una técnica inusual operando XAFS. Hicieron radiografías de los catalizadores en lugar de las habituales radiografías de parada. También llevaron a cabo diferentes experimentos en EMSL, el Laboratorio de Ciencias Moleculares Ambientales del DOE en el campus del PNNL. Recolectaron datos importantes, pero requieren un análisis exhaustivo antes de que puedan tener sentido. El equipo de investigación utilizó modelos de computadora para resolver este rompecabezas de datos de modo que puedan construir una configuración molecular teórica que tenga en cuenta todos los datos. Estos modelos computacionalmente desafiantes fueron calculados en computadoras en el National Energy Research Scientific Computing Center en Lawrence Berkeley National Laboratory en Berkeley, California.

El modelo informático creó una estructura que integraba mejor los datos experimentales. Ellos también probaron la autenticidad de los datos con simulación por computadora con la ayuda de un análisis operando XAFS de la estructura catalítica reaccionando con borano amoniacal. El siguiente paso lógico fue comparar los datos simulados con los datos reales del catalizador. Los dos conjuntos de datos no tenían mucha diferencia.

El carácter químico de la estructura y los datos experimentales suplementarios ayudaron al equipo a trazar la reacción química que se produce entre el catalizador y el borano amoniacal. El catalizador está siempre en el estado de un movimiento, por lo que es difícil de detectar, pero sin embargo es un buen catalizador.

¿Cómo funciona realmente este catalizador? Primero marca el hidrógeno de la molécula de borano de amoníaco. Este borano de amoníaco consiste en un átomo de nitrógeno en la molécula que se adhiere a dos átomos de hidrógeno. Primero, el catalizador escoge un átomo de hidrógeno. Esta es la parte más difícil de la reacción. Este primer paso hace que el enlace entre el hidrógeno restante y el boro sea inestable. Ahora es más fácil arrancar el segundo átomo de hidrógeno. Lo mismo ocurre con los dos últimos átomos de hidrógeno. Estos átomos de hidrógeno pueden ser utilizados en motores o celdas de combustible.

El equipo aún no ha resuelto los detalles adicionales, pero este estudio hace una gran mella en lo que necesitan saber para diseñar un catalizador bueno y económico. Rousseau explica: «Una parte importante de este trabajo es que tenemos este tipo de equipos del DOE donde podemos empezar con experimentos e ir a la teoría y volver. Conseguimos mucha más información de esta manera que haciendo cualquiera de las dos cosas solos».

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