Cómo los nuevos materiales aumentan la eficiencia de las células de combustible de etanol directo
La membrana compuesta consiste en Nafion con nanopartículas incrustadas
Un grupo de Brasil y un equipo de HZB han investigado una novedosa membrana compuesta para células de combustible de etanol. Consiste en el polímero Nafion, en el que las nanopartículas de un compuesto de titanio son incrustadas por el raramente explorado proceso de extrusión por fusión. En BESSY II pudieron observar en detalle, cómo se distribuyen las nanopartículas en la matriz de Nafion y cómo contribuyen a aumentar la conductividad de los protones.
El material consiste en Nafion con nanopartículas incrustadas.
© B.Matos/IPEN
El etanol tiene una densidad de energía volumétrica cinco veces mayor (6,7 kWh/L) que el hidrógeno (1,3 kWh/L) y puede utilizarse con seguridad en las pilas de combustible para la generación de energía. En el Brasil, en particular, hay un gran interés en mejores pilas de combustible para el etanol, ya que todo el país distribuye etanol de bajo costo producido de manera renovable a partir de la caña de azúcar. Teóricamente, la eficiencia de una pila de combustible de etanol debería ser del 96%, pero en la práctica, con la mayor densidad de potencia, es sólo del 30%, debido a diversas razones. Por lo tanto, hay un gran margen de mejora.
Nafion con nanopartículas
Por lo tanto, un equipo dirigido por el Dr. Bruno Matos del instituto de investigación brasileño IPEN está investigando nuevas membranas compuestas para células de combustible de etanol directo. Una solución prometedora es la adaptación de nuevos materiales de electrolitos compuestos basados en polímeros para reemplazar el electrolito polimérico de última generación como el Nafion. Matos y su equipo utilizan el proceso de extrusión por fusión para producir membranas compuestas basadas en Nafion con nanopartículas adicionales de titanato, que han sido funcionalizadas con grupos de ácido sulfónico.
Experimentos de infrarrojos en BESSY II
El equipo de Matos ha analizado ahora a fondo cuatro composiciones diferentes de membranas compuestas de Nafion en la línea de rayos infrarrojos IRIS en BESSY II. Las mediciones de dispersión de rayos X de ángulo pequeño confirmaron que las partículas de titanio interactuaban sinérgicamente con la matriz de iónomos del Nafion.
La conductividad de los protones aumentó
Utilizando la espectroscopia infrarroja, observaron que se formaban puentes químicos entre los grupos de ácido sulfónico de las nanopartículas funcionalizadas. Además, siguiendo el movimiento de los protones a lo largo de los cúmulos iónicos, encontraron una mayor conductividad de los protones en la membrana compuesta, incluso en altas concentraciones de nanopartículas. "Esta fue una verdadera sorpresa que no esperábamos", dice la Dra. Ljiljana Puskar, científica del HZB en el IRIS-Beamline. La reducción de la conductividad con el incremento de las nanopartículas es uno de los principales obstáculos que retrasan el desarrollo de materiales compuestos de alto rendimiento. La mayor conductividad de los protones podría permitir una mejor movilidad del portador de la carga y, por lo tanto, aumentar la eficiencia de la pila de combustible de etanol directo.
Ventaja de la extrusión de la masa fundida
"Esta membrana compuesta puede ser producida por extrusión de fusión, lo que permitiría su producción a escala industrial", señala Matos.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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