A espuma de melamina carbonizada, introduzida por uma equipe liderada por Jaephil Cho no Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan (Coreia), um novo eletrocatalisador altamente eficiente para redução de oxigênio em células de combustível e baterias, fornece uma solução que pode reduzir custos, mas fornece baterias de metal-ar e células de combustível altamente eficientes.
Uma equipe de cientistas coreanos e americanos apresentou um novo material para eletrodos baseado em espuma de melamina e negro de fumo, ambos de baixo custo. A alta porosidade facilita significativamente o transporte rápido de massa, e o elevado número de centros cataliticamente ativos aumenta drasticamente a atividade de redução de oxigênio dos cátodos para células a combustível e baterias metal-ar.
A reação que ocorre nos cátodos das células de combustível e das baterias de metal-ar é a redução eletroquímica do oxigênio, ou seja, a reação de redução de oxigênio (ORR). Essa reação é consideravelmente inibida devido à sua baixa velocidade, e a eficiência das células é menor do que poderia ser.
O cátodo catalítico deve garantir que o oxigênio reaja com a água, absorvendo elétrons para formar íons OH- em solução alcalina. O problema é que, em um sistema complexo envolvendo reagentes sólidos, líquidos e gasosos, os processos de transporte costumam ser muito lentos e inibem o processo, especialmente ao descarregar com densidades de corrente mais altas.
Cátodos feitos de um suporte de carbono poroso (negro de fumo) no qual um metal cataliticamente ativo, como a platina, é finamente disperso, podem minimizar essa inibição cinética de forma muito eficaz. No entanto, são caros e pouco estáveis, o que os torna impraticáveis para aplicações generalizadas.
Uma equipe liderada por Jaephil Cho, do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan (Coreia), e Meilin Liu, do Instituto de Tecnologia da Geórgia (EUA), teve como objetivo desenvolver uma alternativa mais econômica.
Eles se inspiraram na estrutura tetrápode (do grego tetra: quatro, podes: pés) dos quebra-mares para sintetizar um novo eletrocatalisador altamente eficiente. Tetrápodes, cujos quatro "pés" apontam para os cantos de um tetraedro imaginário, são construídos na costa, bem como perto de represas e píeres para reduzir a força das ondas que quebram contra a costa. Essas estruturas também fornecem refúgio para formas de vida marinha em suas muitas cavidades grandes. Quando a espuma de melamina é pirolizada e moída com um almofariz e pilão, ela forma fragmentos microscópicos que lembram tetrápodes.
Os cientistas trataram a espuma de melamina com cloreto de ferro e cetona preta dopada com nitrogênio (pelotas condutoras de negro de fumo). Eles carbonizaram esse produto e o extraíram com ácido sulfúrico. Os nanotetrápodes resultantes, cravejados com nanopartículas de negro de fumo, apresentam uma área superficial específica muito alta, um grande número de centros cataliticamente ativos (Fe/Fe3Grupos C e CN) e muitos poros que permitem transporte rápido de massa. Os cátodos feitos com este novo material de eletrodo são altamente duráveis e apresentam excelente desempenho, comparáveis aos cátodos metálicos – a um preço muito menor. Estes podem representar um ponto de partida altamente promissor para uma nova geração de baterias e células de combustível de metal-ar, baratas e altamente eficientes.
A SINOYQX está apoiando algumas instituições e universidades na China na carbonização de espuma de melamina para a redução de oxigênio em células de combustível e baterias.
Algumas citações retiradas de http://www.chemistryviews.org/details/ezine/4153391/Inspired_by_a_Breakwater.html