Caminhões a hidrogênio: Célula de combustível dura 200.000 horas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/05/2025

Motor de caminhão superpesado a hidrogênio.
[Imagem: SwRI]

Caminhões a hidrogênio

Em um passo essencial para viabilizar o transporte rodoviário de longa distância sem emissão de poluentes, engenheiros conseguiram estender a vida útil de uma célula de combustível de hidrogênio para além de 200.000 horas.

Para caminhões e veículos pesados, que precisam percorrer longas distâncias sem paradas frequentes e demoradas para recarregar, as baterias não são uma solução. As células de combustível de hidrogênio, por sua vez, que podem ser reabastecidas quase tão rapidamente quanto encher o tanque de diesel, representam uma alternativa eficiente - e também muito mais limpa.

As células de combustível funcionam convertendo a energia química armazenada no hidrogênio em eletricidade, emitindo apenas vapor de água pelo escapamento. E elas são significativamente mais leves que as baterias, o que significa que exigem menos energia para mover os veículos. Além disso, construir uma infraestrutura nacional de reabastecimento de hidrogênio fica mais barato do que criar uma rede de recarregamento de veículos elétricos em todo o país.

Contudo, por mais que sejam uma solução promissora para um transporte mais limpo, a lenta reação química para a conversão de energia tem sido um desafio, exigindo um catalisador para atingir velocidades práticas.

É justamente aí que está a inovação feita agora por Zeyan Liu e colegas da Universidade da Califórnia de Los Angeles: Eles criaram um catalisador que não apenas é mais rápido, mas que também se mostrou mais durável do que as previsões mais otimistas.

Ilustração esquemática do nanocatalisador, com um imagem feita por microscópio de transmissão de varredura mostrando a nanopartícula de platina incorporada em uma bolsa de grafeno.
[Imagem: Huang Research Group/UCLA]

Platina envolta em grafeno

Os melhores catalisadores para células de combustível são feitos de ligas de platina, que são caros mas alcançam níveis melhores das reações químicas, tanto em qualidade, quanto em velocidade. Mas há um problema: Os elementos da liga se lixiviam com o tempo, diminuindo o desempenho catalítico. E essa degradação é ainda mais acelerada pelos exigentes ciclos de tensão necessários para alimentar veículos pesados.

Para superar esse problema, a equipe projetou uma arquitetura de catalisador durável com uma estrutura inovadora que protege a platina da degradação. Para isso, eles incorporaram nanopartículas ultrafinas de platina em bolsas protetoras de grafeno. Essas nanopartículas revestidas de grafeno foram então aninhadas dentro da estrutura porosa de uma espécie de eletrodo de carbono em pó, feito de uma forma de negro de carbono, só que com uma condutividade elétrica muito elevada - seu nome comercial é Ketjenblack.

Essa estrutura de "partículas dentro de partículas" proporcionou uma estabilidade de longo prazo, preservando ao mesmo tempo a alta atividade catalítica essencial para o desempenho eficiente da célula de combustível. O novo catalisador apresentou uma perda de potência de menos de 1,1% após um teste de estresse acelerado envolvendo 90.000 ciclos de tensão de onda quadrada, projetados para simular anos de direção no mundo real - mesmo uma perda de 10% seria considerada excelente nessa métrica.

Esses resultados projetam uma vida útil das células de combustível superior a 200.000 horas, superando em muito a meta do Departamento de Energia dos EUA, de 30.000 horas para sistemas de células de combustível de membrana de troca de prótons de alta resistência.

Com uma potência projetada de 1,08 watt por centímetro quadrado, as células de combustível com o novo catalisador podem oferecer o mesmo desempenho que as baterias convencionais, que pesam até oito vezes mais.

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