En principio, las pilas de combustible son la forma más efectiva para convertir el combustible de hidrógeno en electricidad. Pero exigen catalizadores caros tales como el platino para convertir el hidrógeno en iones y corriente eléctrica. Los metales baratos no soportan el entorno riguroso y ácido de la pila de combustible. Ahora, investigadores en China han desarrollado una pila de combustible que utiliza un material de membrana nuevo para operar en condiciones alcalinas, eliminando la necesidad de catalizadores costosos. El rendimiento energético del prototipo nuevo, que utiliza el níquel como catalizador, aún es relativamente bajo, pero nos da la primera muestra de una pila de combustible potencialmente mucho más barata.

Las pilas de combustible convencionales consisten de dos electrodos cubiertos de un catalizador de platino que parte el combustible de hidrógeno en iones de hidrógeno ácido y electrones. Los electrodos se separan mediante una membrana de polímero que conduce a los iones de hidrógeno ácido de un lado al otro, creando una corriente eléctrica externa. La pila de combustible nueva, creada por investigadores dirigidos por Lin Zhuang, profesor de química en la Universidad de Wuhan, China, utiliza una membrana nueva que conduce los iones alcalinos llamados grupos hidroxilos. Las pilas de combustible alcalinas funcionan al reaccionar el hidrógeno y el oxígeno para crear iones hidroxilos y agua, una reacción catalizada en la pila de combustible de la Universidad de Wuhan mediante un ánodo de níquel. Los iones hidroxilos son conducidos a través de la membrana de polímero y generan una corriente eléctrica externa.

La mayoría de los investigadores se concentraron en pilas de combustible ácidas porque las membranas que funcionan bien bajo esas condiciones ya fueron creadas. La membrana estable que conduce hidroxilos “ha sido el Santo Grial de la electroquímica”, comenta Robert Savinell, un profesor de ingeniería química en la Case Western Reserve University, en Cleveland. Una membrana así permitiría que los investigadores crearan baterías y pilas de combustible que no necesitaran catalizadores de metales preciosos, sino que pueden usar materiales más baratos como el níquel.

En cuanto a la estructura, el polímero de Zhuang es comparable con el polímero altamente conductivo llamado Nafion que se utiliza en las pilas de combustible ácidas. Puede resultar más barato que el Nafion, que debe fortificarse con grupos de flúor para protegerlo de las condiciones ácidas. Otros investigadores están trabajando para mejorar el rendimiento energético y reducir el coste de las pilas de combustible ácidas creando alternativas al Nafion, pero estas pilas siguen necesitando catalizadores caros.

El grupo de Zhuang demostró la membrana nueva en una pila de combustible alcalina que utiliza un cátodo de plata y un ánodo de níquel como catalizador para partir el hidrógeno. Los catalizadores de níquel utilizados en pilas de combustible alcalinas creadas anteriormente no eran muy eficaces debido a que se oxidaban pronto; así que las pilas de combustible alcalinas utilizaron los mismos catalizadores de platino que sus equivalentes ácidas. Los investigadores de Wuhan han creado un ánodo recubierto de nanopartículas de níquel bañadas en cromo que es más tolerante a la oxidación que los catalizadores previos de níquel.

El rendimiento energético de la pila de combustible nueva es modesto (alrededor de 60 megavatios por centímetro cuadrado a 60° C). Los investigadores dicen que como demostración de una pila de combustible alcalina que no requiere de catalizadores de metal costosos, es un ensayo con exito. Las pilas de combustibles todavía tienen que recorrer un camino largo en cuanto a eficacia, estabilidad a largo plazo y gastos, comenta Frank DiSalvo, un profesor de física en la Universidad de Cronell, en Ithaca, NY. Él dice que “esta tarea mejora el kit de herramients de investigación de elementos químicos que podemos explorar para ver si podemos obtener eficacia en las pilas de combustible”.

Zhuang dice que él y su equipo están trabajando para mejorar el rendimiento energético de la pila poniendo más a punto el catalizador y la membrana. También van a tener que demostrar la estabilidad a largo plazo de la pila. “Creemos que los catalizadores con mayor actividad y menor coste pronto serán una realidad”, concluye Zhuang.