Las celdas de combustible de hidrógeno, como "acciones con potencial" en el campo de las energías verdes, tienen la esperanza de reemplazar motores de combustión interna y desplegarse ampliamente en vehículos pesados como camiones de larga distancia y montacargas. Su característica única es que no generan energía mediante la combustión de combustible, sino mediante la reacción de hidrógeno y oxígeno para producir electricidad, con cero emisiones de dióxido de carbono en todo el proceso.

Sin embargo, las celdas de combustible de hidrógeno enfrentan un problema espinoso durante la operación: son fácilmente contaminadas por pequeñas partículas metálicas con carga positiva (cationes metálicos), lo que lleva a una disminución del rendimiento. El ingeniero químico de la Universidad de Toronto Metropolitan, ChungHyuk Lee (Li Zhonghe), señaló que estas partículas provienen de fuentes amplias: impurezas en el hidrógeno, degradación de componentes metálicos de la batería, e incluso el aire puede ser el "culpable", siendo malas noticias para las celdas de combustible. Se acumulan en la capa catalizadora de la batería, obstruyendo las reacciones químicas.

Para investigar en profundidad el comportamiento específico de los cationes en las celdas de combustible, Li Zhonghe y su equipo agregaron iones de cobalto a la celda de combustible, utilizando la luz ultrabrillante de la Fuente de Luz Canadiense (CLS) de la Universidad de Saskatchewan para rastrear sus trayectorias de movimiento en una versión simplificada de celda de combustible. La investigación relacionada se publicó en la Journal of The Electrochemical Society.

Li Zhonghe indicó que la línea de haz BioXAS de CLS jugó un rol clave en el experimento, ya que los cationes se mueven extremadamente rápido, y solo este equipo puede registrar su movimiento a tiempo. El equipo utilizó datos recolectados en CLS para establecer un modelo matemático que predice la distancia y velocidad de movimiento de cationes en baterías reales bajo diferentes condiciones.

La investigación descubrió que los cationes son particularmente activos en los entornos húmedos comunes en celdas de combustible, aumentando la dificultad de controlar los contaminantes. Se atascan fácilmente en capas catalizadoras delgadas y "retorcidas", interfiriendo con la reacción de generación de energía.

Li Zhonghe, ganador del Premio a la Excelencia para Investigadores Tempranos en Carrera de CLS en 2023, dijo que entender en profundidad el comportamiento de contaminantes por cationes en celdas de combustible ayuda a los científicos a desarrollar nuevos materiales y métodos para operar baterías, reduciendo o eliminando la contaminación, haciendo que las celdas de combustible de próxima generación tengan mayor vida útil y eficiencia. Enfatizó: "Necesitamos explorar materiales o estrategias operativas que mantengan a los cationes alejados del catalizador".