Equipe americana desenvolve novo suporte de carbono; catalisador de célula de combustível mantém 85% após 150.000 ciclos

De acordo com pt.wedoany.com-A equipe liderada pelo professor Gang Wu, catedrático Elvera e William R. Stuckenberg da Escola de Engenharia McKelvey da Universidade de Washington em St. Louis, em colaboração com equipes do Laboratório Nacional de Brookhaven, do Laboratório Nacional de Lawrence Berkeley, da Universidade Northeastern e da Universidade de Pittsburgh, alcançou avanços em catalisadores para células de combustível de baixa temperatura. Eles desenvolveram um novo suporte de carbono nanoestruturado que permite a preparação de nanopartículas intermetálicas de platina-cobalto de alta atividade e alta estabilidade em altas temperaturas. Os resultados foram publicados em 6 de agosto de 2026 na revista Nature Nanotechnology.

Um dos problemas reais que esta tecnologia enfrenta vem do consumo de eletricidade dos centros de dados. O aumento no número de novos centros de dados nos Estados Unidos elevou a demanda de eletricidade necessária para sua operação e refrigeração. O Instituto de Pesquisa de Energia Elétrica estima que, até 2030, o consumo de eletricidade dos centros de dados possa atingir 9% da geração anual de eletricidade dos EUA, em comparação com cerca de 4% em 2023. Wu afirmou que, se os centros de dados pudessem gerar sua própria eletricidade de forma autossuficiente por meio de células de combustível, convertendo hidrogênio e outros combustíveis diretamente em energia elétrica, a carga sobre a rede elétrica seria aliviada.

O princípio das células de combustível é combinar hidrogênio e oxigênio para gerar eletricidade, água e calor com a ajuda de catalisadores. Os catalisadores aceleram as reações, reduzem as perdas de energia e melhoram o desempenho geral e a durabilidade de longo prazo. O desafio atual reside no design dos catalisadores, pois a atividade e a durabilidade dos materiais existentes ainda não são suficientes para atingir as metas de desempenho.

A platina é um material catalisador ideal, mas é um metal nobre, e o objetivo é minimizar sua quantidade sem comprometer o desempenho catalítico. Transformar a platina em nanopartículas pode aumentar significativamente a área de superfície exposta, com uma quantidade geralmente inferior a um quarto de miligrama por centímetro quadrado. No entanto, durante a operação da célula de combustível, as nanopartículas podem se dissolver, migrar e crescer, resultando em degradação gradual do desempenho.

Os catalisadores intermetálicos à base de platina emergentes são mais promissores em termos de atividade catalítica e estabilidade do que as ligas de platina tradicionais. Para manter as nanopartículas bem dispersas e maximizar a utilização da platina, a maioria dos catalisadores atuais é sintetizada por recozimento em temperaturas abaixo de 700°C. No entanto, essa temperatura não é suficiente para promover a transição completa de desordem para ordem atômica, que é crucial para melhorar a atividade e a estabilidade dos catalisadores intermetálicos.

O novo carbono nanoestruturado desenvolvido pela equipe de Wu — esferas ocas de carbono poroso, canais radiais nanoestruturados ordenados, além de alta porosidade e área de superfície específica — resolveu os problemas acima. Esse material de carbono exclusivo permite a formação de nanopartículas intermetálicas de platina-cobalto de alta densidade e bem dispersas em altas temperaturas, mantendo ao mesmo tempo a dispersão uniforme das nanopartículas, superando assim o dilema entre o grau de ordem atômica e a uniformidade da distribuição das partículas.

A equipe de pesquisa aqueceu o catalisador de platina-cobalto a 1000°C, temperatura suficiente para formar uma estrutura altamente ordenada, mantendo as nanopartículas com menos de 5 nanômetros e distribuídas uniformemente, mesmo com o alto teor de platina preferido pela indústria. Esse suporte manteve 85% do desempenho após 150.000 ciclos de voltagem, o que equivale a aproximadamente 25.000 horas de operação. Normalmente, ao sintetizar partículas maiores, a estabilidade é obtida às custas da atividade; outros esforços para aumentar a estabilidade frequentemente resultam em perda de atividade. Esse suporte de carbono, graças aos seus poros maiores, tamanho de poro ordenado e enorme área de superfície específica, superou a compensação entre atividade e estabilidade.

Wu explicou que a estrutura de canais abertos facilita a distribuição uniforme de materiais contendo íons (como ionômeros) e promove o transporte de prótons, oxigênio e água através do eletrodo. As nanopartículas de platina-cobalto incorporadas nesse suporte demonstram, portanto, melhor desempenho e durabilidade de longo prazo. Wu já solicitou patente para essa tecnologia por meio do Escritório de Gestão de Tecnologia da Universidade de Washington. Ele afirmou que, com desenvolvimento adicional e colaboração da indústria, espera-se resolver os desafios restantes dos catalisadores e promover aplicações mais eficientes e sustentáveis da tecnologia de células de combustível.