La espuma de melamina carbonizada, presentada por un equipo dirigido por Jaephil Cho en el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (Corea), un novedoso electrocatalizador de alta eficiencia para la reducción de oxígeno en pilas de combustible y baterías, proporciona una solución que permite reducir los costes y proporcionar baterías de metal-aire y pilas de combustible de alta eficiencia.
Un equipo de científicos coreanos y estadounidenses ha presentado un nuevo material para electrodos basado en espuma de melamina y negro de humo, materiales económicos. Su alta porosidad facilita significativamente el transporte rápido de masa, y la gran cantidad de centros catalíticamente activos incrementa drásticamente la actividad reductora de oxígeno de los cátodos para pilas de combustible y baterías metal-aire.
La reacción que ocurre en los cátodos de las pilas de combustible y las baterías de metal-aire es la reducción electroquímica del oxígeno, denominada reacción de reducción de oxígeno (ORR). Esta reacción se ve considerablemente inhibida debido a su lentitud, y la eficiencia de las pilas es inferior a la que podría ser.
El cátodo catalítico debe garantizar que el oxígeno reaccione con el agua, captando electrones para formar iones OH- en solución alcalina. El problema radica en que, en un sistema complejo que involucra reactivos sólidos, líquidos y gaseosos, los procesos de transporte suelen ser demasiado lentos e inhiben el proceso, especialmente al descargar con densidades de corriente más altas.
Los cátodos fabricados con un soporte de carbono poroso (negro de humo) sobre el que se dispersa finamente un metal catalíticamente activo, como el platino, pueden minimizar con gran eficacia esta inhibición cinética. Sin embargo, son caros y poco estables, lo que los hace poco prácticos para una aplicación generalizada.
Un equipo dirigido por Jaephil Cho, del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (Corea) y Meilin Liu, del Instituto de Tecnología de Georgia (EE.UU.), se propuso desarrollar una alternativa más económica.
Se inspiraron en la estructura tetrápoda (del griego tetra: cuatro, podes: pies) de los rompeolas para sintetizar un nuevo electrocatalizador de alta eficiencia. Los tetrápodos, cuyas cuatro "patas" apuntan hacia las esquinas de un tetraedro imaginario, se construyen en la costa, así como cerca de presas y muelles, para reducir la fuerza de las olas que rompen contra la orilla. Estas estructuras también ofrecen refugio a la vida marina en sus numerosas y grandes cavidades. Al pirolizar y moler la espuma de melamina con un mortero, se forman fragmentos microscópicos que se asemejan a los tetrápodos.
Los científicos trataron la espuma de melamina con cloruro de hierro y ketjenblack (gránulos conductores de negro de humo) dopados con nitrógeno. Carbonizaron este producto y lo extrajeron con ácido sulfúrico. Los nanotetrápodos resultantes, repletos de nanopartículas de negro de humo, presentan una superficie específica muy alta y una gran cantidad de centros catalíticamente activos (Fe/Fe3C y grupos CN), y numerosos poros que permiten un rápido transporte de masa. Los cátodos fabricados con este nuevo material de electrodo son muy duraderos y ofrecen un rendimiento excelente, comparable al de los cátodos metálicos, a un precio mucho menor. Estos podrían representar un punto de partida muy prometedor para una nueva generación de baterías y pilas de combustible de metal-aire económicas y altamente eficientes.
SINOYQX está prestando apoyo a algunas instituciones y universidades de China para la carbonización de espuma de melamina con el fin de reducir el oxígeno en pilas de combustible y baterías.
Algunos fragmentos citados de http://www.chemistryviews.org/details/ezine/4153391/Inspired_by_a_Breakwater.html