Un Nuevo Catalizador para las Celdas de Combustible
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REVISTA DEDICADA AL NÍQUEL Y A SUS APLICACIONES |
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NANO POLVOS METÁLICOS tales como éstos pueden encontrar aplicaciones como catalizadores en baterías y
celdas de combustible. El desempeño y el costo son la clave. |
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Nearly 40% of the total cost of a fule cell can be attributed to catalysts. |
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LOS VAPORES METÁLICOS son enfriados con gases inertes en el interior de cámaras de vacío para producir
polvos a nano escala. |
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日本語
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La aleación níquel – cobalto se vislumbra como un substituto de bajo costo para los
catalizadores de platino
Por Virginia Heffernan
Revista de Níquel, Noviembre 2005 -- El precio de los catalizadores es una de las principales barreras para el desarrollo de celdas de combustible accesibles. De tal manera que cualquier persona que pueda diseñar un catalizador más barato, estará contribuyendo significativamente para la comercialización de la tecnología de energía alternativa.
La compañía Quantum Sphere Inc. de California, fabricante líder de nano-polvos metálicos, anuncia que recientemente ha desarrollado un nano-material de níquel-cobalto, que puede parcial o totalmente reemplazar a los catalizadores de platino en una variedad de aplicaciones como baterías y celdas de combustible.
El platino, tasado actualmente en cerca de 75 dólares americanos por gramo en bulto, es cinco veces más costoso que la aleación níquel-cobalto de la compañía Quantum Sphere que se vende en cerca de 15 dólares americanos por gramo. Como resultado, dice la Quantum Sphere, los fabricantes de baterías y celdas de combustible podrán reducir sus costros hasta en un 50% si reemplazan los catalizadores de platino por el nuevo nano-material.
Recientemente la firma consultora de baterías y celdas de combustible DoppStein Enterprises Inc. de Estados Unidos, validó los resultados de la Quantum Sphere.
Al utilizar nano-material de níquel-cobalto se sacrifica en algo el desempeño. Por ejemplo, DoppStein encontró que si se reemplaza todo el platino del cátodo por níquel-cobalto (7.7 microgramos por centímetro cuadrado), los costos pueden disminuir hasta en un 90%; sin embargo, el desempeño puede disminuir hasta en un 27%. Si únicamente se reemplaza la mitad del platino, el costo solamente se reduce en un 43% pero la disminución en el desempeño se reduce únicamente un 10%.
"Cerca del 40% del costo total del dispositivo de estos sistemas es atribuible a los catalizadores, los cuales tienden a tener costos prohibitivos para su comercialización," dice el Dr. Kimberly McGrath, Director de Investigación de Celdas para Combustible de la compañía Quantum Sphere. "Si se combina el ahorro en costos (empleando una aleación patentada) con el pequeño sacrificio en el desempeño, se pueden obtener grandes beneficios."
La Quantum Sphere está dando seguimiento a los resultados preliminares con una serie de experimentos de optimización para conseguir que la aleación iguale o exceda la actividad de los cátodos de los catalizadores de platino. La composición actual de la mezcla es 80% níquel y 20% cobalto, sin embargo, esta puede variar dependiendo de las evaluaciones futuras y necesidades de los clientes.
Quantum Sphere empezó a trabajar sobre nano-materiales de níquel-cobalto después de que un líder consultor en baterías se acercó a ellos ya que requería de alternativas menos costosas que el platino para el catalizador de las baterías, menciona Kevin Maloney, Presidente de la compañía.
"Lo que marca la pauta y nos da la directriz a seguir son las grandes compañías que se acercan a nosotros y nos externan los retos con los que se van enfrentando y cuáles soluciones les gustaría obtener," menciona.
La tecnología necesaria para fabricar nano-materiales de níquel-cobalto, a partir de la condensación de la fase gaseosa, ha existido por cerca de 30 años. No obstante, la adaptación del proceso para controlar el tamaño de las partículas y el espesor de la capa de óxido de las mismas, puede lograr que los científicos de la Quantum Sphere hagan lo que parecía imposible: una distribución uniforme en el crecimiento del tamaño de partículas.
Este gran avance permitió a Quantum Sphere desarrollar una línea de producción completamente automatizada que puede adaptarse a las demandas que vayan surgiendo. La capacidad de Producción ha crecido de fabricar algunos gramos por día a varias libras por día, o miles de libras al año.
La fase de condensación de los gases se lleva a cabo dentro de una cámara de vacío en la que a altas temperaturas, se funde alambre metálico. Conforme el metal se evapora, el vapor es enfriado por un gas inerte y se condensa en forma de gotas de metal líquido. Las características de las partículas pueden modificarse ajustando la presión, temperatura y flujo de gas dentro de la cámara.
El área superficial del nano-material de níquel-cobalto resultante es muy alta en comparación al tamaño de partícula, por lo que, virtualmente, cada una de estas puede reaccionar en el átomo.
"Realmente los científicos ha creado una nueva tabla periódica a nano-escala," dice Maloney. Estos materiales poseen mucho más energía; sólo que no puede obtenerse este comportamiento a micro escala."
Virginia Heffernan es una escritora de ciencia que reside en Toronto.
Crédito de la fotografía: QuantumSphere Inc.
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Kevin Maloney |
