La cúrcuma podría ayudar a establecer celdas de combustible más eficientes

La cúrcuma podría ayudar a establecer celdas de combustible más eficientes


Un extracto de la cúrcuma, una especia de uso común, podría allanar el camino hacia pilas de combustible mejores y más seguras.

El extracto de cúrcuma podría conducir a la creación de celdas de combustible más ecológicas y eficientes.

Crédito: Shutterstock.com/tarapong srichaiyos

Científicos del Instituto de Nanomateriales de Clemson (CNI) y sus socios del Instituto Sri Sathya Sai de Aprendizaje Superior (SSSIHL) en India encontraron un método único para integrar la curcumina, un componente de la cúrcuma, y ​​nanopartículas de oro para crear un electrodo que se puede probar Se requiere 100 veces menos energía para convertir eficientemente el etanol en electricidad.

Aunque es necesario realizar más pruebas, los investigadores creen que este descubrimiento podría allanar el camino para la sustitución del hidrógeno como materia prima para las pilas de combustible.

De todos los catalizadores para la oxidación de alcoholes en medio alcalino, el que hemos preparado es el mejor hasta el momento.

Apparao Rao, Director Fundador y Profesor RA Bowen de Física, Facultad de Ciencias, Instituto de Nanomateriales de Clemson, Universidad de Clemson

Las pilas de combustible no generan electricidad a través de la combustión, sino a través de una reacción química. Se utilizan para suministrar energía a vehículos, dispositivos electrónicos portátiles, edificios y generadores de energía de emergencia.

Las pilas de combustible de hidrógeno son extremadamente eficientes y no producen gases de efecto invernadero. Si bien el hidrógeno es el elemento químico más abundante en el universo, debe obtenerse de sustancias como los combustibles fósiles y el gas natural porque en la Tierra se presenta naturalmente solo en forma compuesta con otros elementos en forma de gases, líquidos o sólidos. La extracción sustancial contribuye al impacto ambiental y al costo de las celdas de combustible de hidrógeno.

Además, el hidrógeno agregado en las celdas de combustible es un gas comprimido, lo que plantea desafíos para el transporte y el almacenamiento. El etanol, un alcohol derivado del maíz u otros alimentos agrícolas, es más fácil y seguro de transportar que el hidrógeno porque es un líquido.

Para que sea un producto comercial donde podamos llenar nuestros tanques con etanol, los electrodos tienen que ser altamente eficientes. Al mismo tiempo, no queremos electrodos muy caros ni sustratos de polímeros sintéticos que no sean respetuosos con el medio ambiente, porque eso anula todo el propósito. Queríamos buscar algo ecológico para el proceso de generación de celdas de combustible y la fabricación de la celda de combustible en sí.

Lakshman Ventrapragada, investigador del estudio y ex asistente de investigación, CNI

Lakshman Ventrapragada es un ex alumno de Rao y trabajó como investigador en el CNI. Es graduado de SSSIHL.

Los científicos se centraron en el ánodo de la pila de combustible, donde tiene lugar la oxidación del etanol u otra fuente de entrada.

El platino se utiliza mucho en las pilas de combustible como catalizador. Sin embargo, la desventaja del platino es que se envenena debido a los intermedios de reacción como el monóxido de carbono, dijo Ventrapragada. También es caro.

Singularidad estructural

Los científicos utilizaron oro como catalizador. En lugar de usar marcos de metal orgánico, polímeros conductores u otros materiales complejos para colocar el oro en la superficie del electrodo, los científicos usaron curcumina por su exclusividad estructural.

La curcumina se utiliza para embellecer las nanopartículas de oro para estabilizarlas y desarrollar una red porosa que las rodee. Los científicos colocaron la nanopartícula de curcumina y oro en la superficie del electrodo a una corriente eléctrica 100 veces menor que en estudios anteriores.

Sin el recubrimiento de curcumina, las nanopartículas de oro se aglomeran, lo que reduce el área de superficie expuesta a la reacción química, explicó Ventrapragada.

Sin este recubrimiento de curcumina, el rendimiento es pobre. Necesitamos este recubrimiento para estabilizar las nanopartículas y crear un ambiente poroso, y luego hacen un gran trabajo en la oxidación del alcohol. Hay un gran impulso en la industria de la oxidación del alcohol. Este descubrimiento es un excelente precursor de eso.

Apparao Rao, Director Fundador y Profesor RA Bowen de Física, Facultad de Ciencias, Instituto de Nanomateriales de Clemson, Universidad de Clemson

«El siguiente paso es escalar el proceso y trabajar con un socio industrial que realmente pueda fabricar las celdas de combustible y construir pilas de celdas de combustible para uso en el mundo real». Aparao Rao continuó.

Implicaciones más amplias

Pero el estudio podría tener implicaciones más amplias que las celdas de combustible mejoradas. Las propiedades exclusivas del electrodo podrían usarse en futuras aplicaciones en supercondensadores, sensores y más, explicó Ventrapragada.

Trabajando con el equipo de investigación de SSSIHL, el equipo de Rao está experimentando con el electrodo como un sensor que podría ayudar a detectar fluctuaciones en los niveles de dopamina. La dopamina se ha relacionado con trastornos como el trastorno por déficit de atención con hiperactividad y la enfermedad de Parkinson.

Cuando los investigadores analizaron muestras de orina de voluntarios sanos, pudieron cuantificar la dopamina dentro del rango clínico aceptable con este electrodo, utilizando una técnica económica en comparación con la práctica actual, dijo Rao.

«En las primeras etapas del proyecto, no imaginamos ninguna otra aplicación que la curcumina recubierta de oro pudiera soportar. Sin embargo, antes del final de los experimentos de oxidación del alcohol, estábamos bastante seguros de que otras aplicaciones eran posibles”, dijo Ventrapragada.

Aunque no entendemos completamente lo que sucede a nivel atómico, sabemos con certeza que la curcumina estabiliza las nanopartículas de oro de una manera que puede ser útil para otras aplicaciones.

Lakshman Ventrapragada, investigador del estudio y ex asistente de investigación, CNI

Los resultados del estudio fueron publicados en la revista nano energía.

Ventrapragada planeó la investigación durante su trabajo de posgrado en el laboratorio CRF de Rao. Después de la finalización de Ventraprada, el equipo de investigación SSSIHL de la India definió y probó la iniciativa, que incluye a JK Kiran Kumar, Sai Prasad Nayak y Sai Sathish Ramamurthy.

Referencia de la revista:

Najak, SP y otros. (2022) Síntesis verde de un nuevo nanocompuesto poroso de oro y curcumina para la oxidación de alcohol supereficiente. nano energía. doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.106966.

Fuente: https://clemson.edu

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