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Espinaca: experimentos de química muestran potencial para alimentar pilas de combustible

Espinacas
Crédito: Pixabay / CC0 Public Domain

«Come tu espinaca», es un refrán común en la infancia de muchas personas. La espinaca, el vegetal verde abundante y lleno de nutrientes, no solo proporciona energía a los humanos. 


por Rebecca Basu, American University


También tiene potencial para ayudar a alimentar las pilas de combustible, según un nuevo artículo de investigadores del Departamento de Química de la UA. La espinaca, cuando se convierte de su forma frondosa y comestible en nanohojas de carbono, actúa como catalizador para una reacción de reducción de oxígeno en las pilas de combustible y las baterías de metal-aire.

Una reacción de reducción de oxígeno es una de las dos reacciones en las pilas de combustible y las baterías de metal-aire y suele ser la más lenta que limita la producción de energía de estos dispositivos. Los investigadores saben desde hace mucho tiempo que ciertos materiales de carbono pueden catalizar la reacción. Pero esos catalizadores basados ​​en carbono no siempre funcionan tan bien o mejor que los catalizadores tradicionales basados ​​en platino. Los investigadores de la UA querían encontrar un método de preparación económico y menos tóxico para un catalizador eficiente utilizando recursos naturales fácilmente disponibles. Abordaron este desafío utilizando espinacas .

«Este trabajo sugiere que se pueden fabricar catalizadores sostenibles para una reacción de reducción de oxígeno a partir de recursos naturales», dijo el profesor Shouzhong Zou, profesor de química en AU y autor principal del artículo. «El método que probamos puede producir catalizadores altamente activos a base de carbono a partir de espinacas, que es una biomasa renovable. De hecho, creemos que supera a los catalizadores comerciales de platino en actividad y estabilidad. Los catalizadores son potencialmente aplicables en pilas de combustible de hidrógeno y metales -baterías de aire «. Los ex estudiantes de posdoctorado de Zou, Xiaojun Liu y Wenyue Li, y el estudiante de pregrado Casey Culhane, son los coautores del artículo.

Los catalizadores aceleran una reacción de reducción de oxígeno para producir suficiente corriente y crear energía. Entre las aplicaciones prácticas de la investigación se encuentran las pilas de combustible y las baterías de metal-aire, que alimentan vehículos eléctricos y tipos de equipamiento militar. Los investigadores están progresando en el laboratorio y en los prototipos con catalizadores derivados de plantas o productos vegetales como la espadaña o el arroz. El trabajo de Zou es la primera demostración que utiliza espinacas como material para preparar catalizadores de reacción de reducción de oxígeno. La espinaca es una buena candidata para este trabajo porque sobrevive a bajas temperaturas, es abundante y fácil de cultivar, y es rica en hierro y nitrógeno que son esenciales para este tipo de catalizadores.

Zou y sus estudiantes crearon y probaron los catalizadores, que son nanohojas de carbono derivadas de la espinaca. Las nanohojas de carbono son como un trozo de papel con el grosor de una escala nanométrica, mil veces más delgado que un trozo de cabello humano. Para crear las nanohojas, los investigadores sometieron la espinaca a un proceso de varios pasos que incluía métodos de baja y alta tecnología, que incluían lavar, exprimir y liofilizar las espinacas, molerlas manualmente hasta obtener un polvo fino con un mortero y una mano. y «dopando» la nanolámina de carbono resultante con nitrógeno extra para mejorar su rendimiento. Las mediciones mostraron que los catalizadores derivados de la espinaca funcionaron mejor que los catalizadores a base de platino que pueden ser costosos y perder su potencia con el tiempo.

El siguiente paso para los investigadores es poner los catalizadores de la simulación de laboratorio en dispositivos prototipo, como las pilas de combustible de hidrógeno, para ver cómo funcionan y desarrollar catalizadores de otras plantas. A Zou también le gustaría mejorar la sostenibilidad reduciendo el consumo de energía necesario para el proceso.


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