O boom da IA está colocando uma pressão sem precedentes na rede elétrica dos EUA. Até 2030, os centros de dados serão responsáveis por quase 12% do consumo de energia do país, e os especialistas alertam que a sua procura crescente está a ultrapassar o crescimento do fornecimento de energia, ameaçando a fiabilidade da rede e aumentando os custos para os contribuintes.
Para resolver este problema, as empresas tecnológicas estão a explorar formas de fornecer a sua própria energia aos centros de dados. Uma opção é usar células de combustível de hidrogênio no local. Estes geradores de energia limpa combinam hidrogénio e oxigénio para produzir eletricidade, utilizando um catalisador para acelerar a reação, reduzir a perda de energia, melhorar a eficiência global e prolongar a vida operacional da célula de combustível. O problema é que os catalisadores existentes não possuem a funcionalidade e a durabilidade necessárias para atender às metas de desempenho do data center.
Num estudo publicado em 6 de agosto, os pesquisadores apresentam uma nova abordagem destinada a superar essas limitações. Isto irá expandir a utilização de células de combustível de hidrogénio não só para centros de dados, mas também para outras tecnologias de utilização intensiva de energia.
O problema da platina
A platina é considerada um dos catalisadores mais eficazes, mas devido ao seu alto custo, os fabricantes de células de combustível preferem usar o mínimo possível sem sacrificar a eficiência catalítica. Uma maneira de conseguir isso é quebrar a platina em nanopartículas menores, o que aumenta muito a quantidade de área superficial exposta às moléculas reagentes.
Isso permite que os fabricantes usem quantidades muito menores de platina, mas tem uma compensação. As nanopartículas se dissolvem, migram e crescem durante a operação da célula de combustível, reduzindo gradualmente a eficiência.
Catalisadores intermetálicos de platina, que combinam platina com outro metal (como o cobalto) em uma estrutura atômica ordenada, têm se mostrado promissores para melhorar a atividade e estabilidade do catalisador em células a combustível de hidrogênio. Mas para maximizar a utilização da platina e tornar as nanopartículas pequenas e bem dispersas, os fabricantes devem sintetizá-las a temperaturas inferiores a 700 graus C (1.300 graus Fahrenheit).
Isto apresenta outro problema. Essas temperaturas são muitas vezes demasiado baixas para permitir a transição de um arranjo atómico desordenado para um estado mais ordenado, o que é crucial para aumentar a actividade e durabilidade do catalisador.
Uma solução de nanoestrutura de carbono
Pesquisadores liderados por Kang Wu, professor de engenharia química da Universidade de Washington, acreditam ter encontrado uma solução. Eles desenvolveram uma nanoestrutura de carbono que atua como uma estrutura para distribuição densamente compactada, mas uniforme, de um grande número de nanopartículas intermetálicas de platina-cobalto. Isto permite uma estrutura intermetálica ordenada em altas temperaturas sem aglomeração de nanopartículas.
“Por causa deste suporte especial nanoestruturado de carbono, podemos aquecer o catalisador de platina-cobalto. [1,830 degrees F] “A 1.000 graus C, isso é alto o suficiente para formar uma estrutura altamente ordenada, mantendo as nanopartículas abaixo de 5 nanômetros e mesmo com um alto teor de platina, um favorito da indústria, nos catalisadores”, disse Wu em comunicado.
Além de estabilizar as nanopartículas, essa nanoestrutura de carbono facilita a movimentação de prótons, oxigênio e água através do eletrodo, diz Wu. “Como resultado, as nanopartículas de platina-cobalto incorporadas neste suporte mostraram o melhor desempenho e longevidade da categoria”, disse ele.
Os testes mostraram que esta nanoestrutura de carbono manteve 85% do seu desempenho após rigorosos ciclos de 150.000 voltagens, equivalentes a 25.000 horas de operação.
Wu registrou uma patente para a tecnologia por meio do WashU Office of Technology Management. Através de um maior desenvolvimento e colaboração com parceiros da indústria, ele espera que a sua equipa supere os desafios restantes para melhorar os catalisadores de células de combustível e ajude a tecnologia a tornar-se uma potência mais prática para centros de dados.
