Una compañía del Reino Unido llamada ACAL Energy acaba de revisar el diseño de las células de combustible para así lograr reducir la cantidad de platino utilizado en un 80 por ciento.
En las células de combustible convencionales, el platino se incrusta en electrodos de carbono poroso. El diseño de ACAL lo reemplaza con una solución que contiene molibdenio y vanadio de bajo coste como catalizadores. La célula de combustible resultante funciona tan bien como una convencional, pero según la compañía su coste debería ser un 40 por ciento más bajo.
ACAL afirma que su diseño genera densidades de potencia de 600 milivatios por centímetro cuadrado a 0,6 voltios. El punto de referencia de las células de combustible es de 900 milivatios por centímetro cuadrado, afirma Hubert Gasteiger, profesor visitante de ingeniería mecánica en MIT. ACAL también afirma que su célula de combustible funciona sin presurizar—si se añade presión, la densidad de potencia se debería ver aumentada.
La densidad de potencia del nuevo sistema podría alcanzar los 1,5 vatios por centímetro cuadrado, señala Andrew Creeth, cofundador de ACAL y director tecnológico. “Creemos que estamos cerca de lograr un producto que podría salir al mercado,” afirma.
La compañía ya ha fabricado un sistema de un kilovatio que tiene intención de vender a un grupo de clientes selectos el año que viene, y las células de combustible deberían estar disponibles de forma más amplia en 2011. El consiste en, primero, entrar en el mercado de los generadores diesel con sistemas de uno a diez kW, y después pasar a aplicaciones de mayor tamaño como son los generadores de energía que se instalan en los hogares y los coches eléctricos.
El platino en una célula de combustible con membrana de polímero—la opción más utilizada en los generadores y los coches eléctricos—divide el hidrógeno en iones y electrones en el ánodo, y ayuda a que se combinen con oxígeno en el cátodo para formar agua. Sin embargo el suministro de platino es limitado, con un coste medio de 1.200 dólares por onza (28.34 gramos) durante los últimos tres años. Y el precio “está previsto que aumente mucho más si el platino se utilizase de forma masiva en las células de combustible,” añade Douglas MacFarlane, profesor de química en la Universidad Monash de Melbou e, Australia, que también se dedica al desarrollo de catalizadores alte ativos para células de combustible.
Las células de combustible actuales utilizan 0,5 gramos de platino por cada kilovatio de potencia que generan, afirma Gasteiger, aunque el objetivo a largo plazo es usar menos de 0,2 gramos de platino por cada kilovatio.
Muchos grupos de investigación compiten hoy día por crear células de combustible que utilicen poco platino, o que lo eliminen por completo—la sustitución del platino por un metal de bajo coste es el método más común. Se han hecho pruebas con catalizadores basados en hierro y las mezclas de platino-paladio, y MacFarlane ha elaborado electrodos porosos con una capa de polímero. Otros, como por ejemplo Daihatsu en Japón y un equipo de investigadores en la Universidad Wuhan de China, están construyendo células de combustible alcalinas con membranas capaces de conducir iones alcalinos en vez de iones ácidos. Estos diseños funcionan bien con catalizadores de bajo coste como el níquel, y no necesitan catalizadores hechos con metales preciosos. Sin embargo, todas estas alte ativas al platino vienen acompañadas de una serie de inconvenientes: normalmente proporcionan bajas densidades de corriente o su rendimiento se ve degradado después de unos pocos cientos de horas.
El catalizador de ACAL Energy está basado en una mezcla de bajo coste de molibdenio y vanadio, y la membrana de polímero de la célula de combustible está en contacto directo con el cátodo líquido. Alrededor del 80 por ciento del platino utilizado en las células convencionales se localiza en el cátodo, lo cual ha sido eliminado en el nuevo diseño.
Creeth afirma que el nuevo catalizador es estable y capaz de soportar las condiciones de acidez de la célula de combustible. Durante los tests llevados a cabo por la compañía, las células de combustible tuvieron un buen rendimiento durante más de 1.500 horas. El diseño tiene otras ventajas que también reducen el coste, afirma. Mientras que los bloques de células de combustible convencionales se tienen que enfriar con un flujo de aire o de líquido, y también requieren un sistema para humidificar la membrana, el catalizador líquido no necesita ninguno de estos dos elementos. “Creemos que el nuestro es sistema sin platino que produce un mejor rendimiento,” afirma Creeth.