Novo catalisador usa 75% menos platina em célula de hidrogênio

O alto custo da platina é uma das principais barreiras para a adoção mais ampla das células de combustível de hidrogênio. Atualmente, pesquisadores do Instituto de Materiais IMDEA [na Espanha] desenvolveram um novo catalisador que usa 75% menos platina em célula de hidrogênio e oferece o mesmo desempenho.

O estudo, publicado no periódico Electrochimica Acta, demonstra um avanço que foi possibilitado pela aplicação da compressão mecânica controlada ao catalisador, modificando sua estrutura em escala atômica e permitindo alcançar uma eficiência energética comparável à da platina pura.

Como a platina é o componente mais caro desses catalisadores, reduzir seu uso em 75% diminuiria de forma significativa o custo de fabricação desses dispositivos de energia limpa.

“Esse avanço demonstra que a engenharia de deformação elástica é uma estratégia precisa e viável para projetar catalisadores muito mais econômicos”, explica Jorge Redondo, do IMDEA Materials, autor principal do estudo.

“Ao reduzir em três quartos o teor de platina, mantendo um desempenho catalítico comparável, esse trabalho representa um passo promissor rumo à produção de tecnologias de hidrogênio em larga escala e mais competitivas”.

Como a compressão altera o catalisador e potencializa a reação

As células de combustível de hidrogênio, que geram eletricidade a partir deste elemento e do oxigênio, devem desempenhar um papel fundamental na transição energética. No entanto, a reação de redução de oxigênio (ORR, na sigla em inglês), que produz água como subproduto, é uma das etapas mais lentas do processo. Para acelerar essa reação, as células de combustível costumam depender de catalisadores à base de platina, pois este metal combina uma alta atividade catalítica com uma estabilidade operacional excelente.

Para reduzir essa dependência, os pesquisadores desenvolveram um catalisador baseado em uma liga de cobre-platina (Cu₃Pt) depositada sobre um substrato de níquel-titânio com memória de forma. Ao aplicar uma leve compressão mecânica de menos de 1%, eles alteraram a estrutura eletrônica do catalisador – o que aumentou significativamente sua capacidade de catalisar a reação.

Especificamente, testes eletroquímicos mostraram que o catalisador comprimido atingiu um potencial de 855 milivolts a uma densidade de corrente de 1 mA/cm², praticamente idêntico aos 856 milivolts alcançados pela platina pura nas mesmas condições, em um ambiente ácido com pH próximo de 1.

Por outro lado, a aplicação de tensão de estiramento, que fez a liga esticar em 0,80%, resultou em uma queda significativa no desempenho. Tal comportamento valida de forma experimental as previsões teóricas baseadas em mudanças na força de adsorção/dessorção de hidrogênio na superfície do catalisador.

Uma superfície rica em platina emerge

As análises também confirmaram que o próprio processo eletroquímico induz a dissolução seletiva do cobre presente na superfície do catalisador.

“Isso cria uma camada fina, enriquecida com platina e de apenas alguns nanômetros de espessura, sobre a estrutura subjacente”, diz Redondo. “O efeito combinado da compressão mecânica e da auto-organização química possibilita reduzir drasticamente a quantidade de platina necessária sem sacrificar a eficiência”.

Estabilidade e escala do catalisador ainda são obstáculos

Apesar desses resultados promissores, os autores enfatizam que ainda é necessário mais trabalho antes que a tecnologia possa ser comercializada.

O catalisador precisa demonstrar que pode ser fabricado de forma economicamente viável em escala industrial e que o efeito induzido pela compressão, essencial para manter seu alto desempenho, permanece estável durante a operação de longo prazo – focos da próxima etapa da pesquisa.

Mais informações

J. Redondo et al. The influence of elastic strains on the catalytic activity of Cu3Pt thin films for the oxygen reduction reaction, Electrochimica Acta (2026). DOI: 10.1016/j.electacta.2026.149539

Fonte: IMDEA Materials

Artigo original (em inglês) publicado por IMDEA Materials na Phys.Org.

Visando otimizar a produção, usamos nosso assistente de IA, BLIP, para traduzir este artigo, mas sob supervisão humana para garantir a qualidade exigida pelos padrões editoriais da Sustenare News.