El uso del niobio como catalizador en células de combustible | AGÊNCIA FAPESP

El uso del niobio como catalizador en células de combustible Estos dispositivos, alimentados con glicerol, podrán ocupar el lugar de las pilas y las baterías de los teléfonos celulares y las laptops. Y en el futuro, se los podrá utilizar para suministrar energía eléctrica a automóviles y pequeñas residencias (Cristales de niobio, foto: Wikimedia Commons)

El uso del niobio como catalizador en células de combustible

12 de diciembre de 2019

José Tadeu Arantes | Agência FAPESP – Brasil es el mayor productor mundial de niobio, ya que concentra aproximadamente el 98% de las reservas activas del planeta. Este elemento químico, utilizado en la composición de aleaciones metálicas, fundamentalmente en las de acero de alta resistencia, cuenta con un espectro de aplicaciones tecnológicas casi ilimitado, que va de los teléfonos celulares a las turbinas de los aviones. Pero prácticamente toda la producción brasileña se destina a la exportación como materia prima o commodity.

Otra sustancia que existe en grandes cantidades en el país, aunque se la usa poco, es el glicerol, un subproducto de las reacciones de saponificación de aceites o grasas en la industria de jabones y detergentes o de las reacciones de transesterificación en la industria del biodiésel. En este caso, la situación es peor incluso, pues al glicerol suele desechárselo, lo que a su vez resulta complicado.

En el marco de un estudio realizado en la Universidad Federal del ABC – UFABC (en el estado de São Paulo, Brasil) se juntó el niobio con el glicerol en una solución tecnológica prometedora: la producción de células de combustible. Y esta investigación constituyó el tema del artículo intitulado “Niobium enhances electrocatalytic Pd activity in alkaline direct glycerol fuel cells”, publicado en la revista ChemElectroChem, como reportaje de tapa.

“En principio, la célula funcionará como una pila, alimentada con glicerol, con el objetivo de recargar pequeños dispositivos electrónicos tales como teléfonos celulares o laptops, para su uso en regiones donde no existen líneas de transmisión eléctrica. Posteriormente, esta tecnología podrá adaptarse para suministrar energía eléctrica a automóviles e incluso en pequeñas residencias. No existen límites para sus aplicaciones a largo plazo”, declaró a Agência FAPESP el químico Felipe de Moura Souza, primer autor del artículo. De Moura Souza es becario de la FAPESP en la categoría Doctorado Directo.  

La célula convierte la energía química de la reacción de oxidación del glicerol [C3H8O3] en el ánodo y de reducción del oxígeno [O2] del aire en el cátodo en energía eléctrica, lo que da como resultado dióxido de carbono y agua en la operación completa [vea en la figura la representación esquemática del proceso]. La reacción total es C3H8O3 (líquido) + 7/2 O2 (gaseoso) → 3 CO2 (gaseoso) + 4 H2O (líquido).

Ejemplo de una célula de combustible de glicerol directo

“El niobio [Nb] entra en el proceso como un co-catalizador, coadyuvante en la acción del paladio [Pd], utilizado como ánodo en la célula de combustible. El agregado del niobio permite reducir a la mitad la cantidad de paladio, lo que abarata el costo de la célula. Al mismo tiempo, aumenta significativamente su potencia. Pero su principal aporte consiste en disminuir el envenenamiento electrocatalítico del paladio, producto de la oxidación de intermediarios fuertemente adsorbidos como el monóxido de carbono, en el funcionamiento de larga duración de la célula”, explicó Mauro Coelho dos Santos, docente de la UFABC, director del doctorado directo de De Moura Souza y coordinador de este estudio.

Desde el punto de vista ambiental, que más que nunca debe erigirse en criterio determinante en las elecciones tecnológicas, se considera que la célula de combustible alimentada con glicerol constituye una solución virtuosa, pues puede reemplazar a los motores de combustión basados en el uso de combustible fósiles.

Aparte de De Moura Souza y Coelho dos Santos, este estudio contó con la participación de Paula Böhnstedt, quien tuvo apoyo de la FAPESP mediante una beca de iniciación a la investigación científica, Victor dos Santos Pinheiro, apoyado por la FAPESP con una beca de doctorado, Edson Carvalho da Paz, Luanna Silveira Parreira, apoyada por la FAPESP con una beca de posdoctorado y Bruno Lemos Batista, quien contó con el apoyo de la FAPESP a través de una ayuda a jóvenes investigadores

Puede accederse al artículo intitulado Niobium enhances electrocatalytic Pd activity in alkaline direct glycerol fuel cells en el siguiente enlace: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/celc.201901254
 

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