UNIVERSIDAD DEL PAÍS VASCO

La investigadora Noelia Ruíz Jiménez ha conseguido optimizar el modo de esprayado del catalizador en la membrana y mejorar el soporte carbonoso de las tintas, consiguiendo un mejor rendimiento de los catalizadores para las celdas de combustible. Dicho logro se ha materializado en el Laboratorio de Química Industrial e Ingeniería Electroquímica de la Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea, donde ha desarrollado su tesis doctoral la investigadora Noelia Ruiz Jiménez. El objetivo final de la investigación es que las celdas de combustible puedan utilizarse en diversos aparatos portátiles, sustituyendo a las baterías convencionales.

El punto de partida del estudio de la doctora en Electroquímica, Ciencia y Tecnología Noelia Ruiz Jiménez han sido las celdas de combustible de hidrógeno-oxígeno. Las celdas de combustible son dispositivos electroquímicos que convierten la energía química en energía eléctrica. Las que investiga esta doctora utilizan como combustible hidrogeno y oxígeno: en el ánodo se produce la oxidación del hidrógeno, y en el cátodo, la reducción del oxígeno, generando electricidad. “Como único residuo producen agua y calor, por lo que el impacto ambiental es mínimo”, afirma la doctora.

El Laboratorio de Química Industrial e Ingeniería Electroquímica de la UPV/EHU fabrica los catalizadores que emplean este tipo de celdas. “Los catalizadores que fabricamos se caracterizan por su baja cantidad de platino, por lo que el precio final de la monocelda es más bajo, ya que más de la mitad de su coste corresponde al catalizador. Disminuyendo la cantidad de platino empleado, se reduce significativamente el precio final”, explica Ruiz.

La citada investigadora ha estudiado, en su tesis, la implementación de la monocelda, para saber si este tipo de catalizadores, de buen comportamiento electrocatalítico, producen en la monocelda la potencia necesaria para que pueda funcionar un dispositivo portátil. Según Ruiz, “comprobé que el estudio electrocatalítico del catalizador no tiene nada que ver con su implementación en la monocelda, ya que en esta influyen numerosos parámetros que es necesario controlar”.

El equipo de investigación elabora una especie de tinta con el catalizador: “Una mezcla del propio catalizador con carbón, alcohol y un ionómero que hace de pegamento, para que al esprayar la tinta en la membrana se pueda soportar correctamente”, aclara Ruiz. De hecho, la tinta se espraya en una membrana (componente de la monocelda), y, dependiendo de su composición y de la mayor o menor uniformidad del esprayado, la celda funciona con mayor o menor eficiencia.

Ruiz ha tenido en cuenta todos estos factores para estudiar cómo implementar el catalizador en la monocelda, y ha comprobado que, aunque la presencia del platino es la que confiere al sistema las propiedades electrocatalíticas, la adición de segundos metales (cocatalizadores) tales como el rutenio, el estaño, el paladio, el rodio y el cobalto favorece la mejora de dichas propiedades. “Gracias a la adición de los citados metales, se produce un efecto bicatalítico y bifuncional sobre el platino, aumentando así la respuesta catalítica”, explica Ruiz.

También ha comprobado que una buena activación química del carbón empleado (Vulcan XC72R) y su posterior limpieza con ácido nítrico han sido claves para los buenos resultados de su trabajo, llegando a obtener a una temperatura de 80 ºC y 100% de humedad relativa un valor de 5 W y un valor de potencia másica de 16.62 kW g-1 Pt, empleando el catalizador anódico de NiNbPtRu en monocelda de 25 cm2.

La doctora Ruiz señala que su intención es “emplear los catalizadores desarrollados como baterías de teléfonos móviles o en otros dispositivos portátiles”, si consigue ayuda económica suficiente para ello. Las celdas que están fabricando en la nueva línea de investigación son de alcohol, no de hidrógeno, lo que les confiere ventajas añadidas. “El hidrogeno tiene la desventaja de que es inflamable; en cambio, alcoholes como el etanol o bioetanol son fácilmente manejables, y, si se descarga la batería, es más fácil recurrir a estos que tener que enchufar el aparato para cargar la batería”, concluye Ruiz.

La revista International Journal of Hydrogen Energy ha publicado varios artículos relacionados con dicha tesis.

Información adicional

Noelia Ruiz Jiménez (San Sebastián, 1985), doctora en Electroquímica, Ciencia y Tecnología, es autora de la tesis Obtención y caracterización de MEAs con aleaciones amorfas de base NiNbPtX como catalizadores para celdas de combustible PEM, bajo la tutoría de la profesora Pilar Ocón Esteban, de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM). Aunque la tesis fue presentada en la UAM, todo el trabajo experimental se ha realizado en el Laboratorio de Química Industrial e Ingeniería Electroquímica de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), bajo la supervisión del profesor Ángel Rodríguez Pierna, director de la tesis.