22.06.2020 - Washington University in St. Louis

Los ingenieros desarrollan nuevas celdas de combustible con el doble de voltaje de operación que el hidrógeno

Es posible un diseño de célula de combustible más pequeño, más ligero y más eficiente

La electrificación del sector del transporte -uno de los mayores consumidores de energía del mundo- es fundamental para la energía futura y la resistencia del medio ambiente. La electrificación de este sector requerirá pilas de combustible de alta potencia (ya sea solas o en combinación con baterías) para facilitar la transición a los vehículos eléctricos, desde automóviles y camiones hasta barcos y aviones.

Las células de combustible líquido son una alternativa atractiva a las células de combustible de hidrógeno tradicionales porque eliminan la necesidad de transportar y almacenar hidrógeno. Pueden ayudar a alimentar vehículos submarinos no tripulados, aviones no tripulados y, eventualmente, aviones eléctricos, todo ello a un costo significativamente menor. Estas células de combustible también podrían servir como extensiones de alcance para los actuales vehículos eléctricos alimentados por baterías, avanzando así en su adopción.

Ahora, ingenieros de la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis han desarrollado celdas de combustible de borohidruro directo (DBFC) de alta potencia que operan al doble del voltaje de las celdas de combustible de hidrógeno convencionales.

El equipo de investigación, dirigido por Vijay Ramani, el distinguido profesor universitario Roma B. y Raymond H. Wittcoff, ha sido pionero en el desarrollo de un reactivo: la identificación de un rango óptimo de velocidades de flujo, arquitecturas de campo de flujo y tiempos de residencia que permitan un funcionamiento de alta potencia. Este enfoque aborda los principales problemas de los DBFC, a saber, la distribución adecuada del combustible y el oxidante y la mitigación de las reacciones parasitarias.

Es importante destacar que el equipo ha demostrado un voltaje de funcionamiento de una sola célula de 1,4 o más, el doble del obtenido en las células de combustible de hidrógeno convencionales, con potencias máximas cercanas a 1 vatio/cm2. La duplicación del voltaje permitiría un diseño de pila de combustible más pequeño, ligero y eficiente, lo que se traduce en importantes ventajas gravimétricas y volumétricas al ensamblar múltiples células en una pila para uso comercial. Su enfoque es ampliamente aplicable a otras clases de pilas de combustible líquidas/líquidas.

"El enfoque de la ingeniería de transporte de reactivos proporciona una forma elegante y sencilla de aumentar significativamente el rendimiento de estas pilas de combustible mientras se siguen utilizando los componentes existentes", dijo Ramani. "Siguiendo nuestras directrices, incluso las actuales células de combustible líquido comercialmente desplegadas pueden ver mejoras en el rendimiento."

La clave para mejorar cualquier tecnología de pilas de combustible existente es reducir o eliminar las reacciones secundarias. La mayoría de los esfuerzos para lograr este objetivo implican el desarrollo de nuevos catalizadores que se enfrentan a importantes obstáculos en términos de adopción y despliegue en el campo.

"Los fabricantes de celdas de combustible son típicamente reacios a gastar capital o esfuerzos significativos para adoptar un nuevo material," dijo Shrihari Sankarasubramanian, un científico investigador senior del equipo de Ramani. "Pero lograr la misma o mejor mejora con su hardware y componentes existentes es un cambio de juego".

"Las burbujas de hidrógeno que se forman en la superficie del catalizador han sido durante mucho tiempo un problema para las celdas de combustible de borohidruro de sodio directo, y puede ser minimizado por el diseño racional del campo de flujo," dijo Zhongyang Wang, un antiguo miembro del laboratorio de Ramani que obtuvo su doctorado en WashU en 2019 y que ahora está en la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago. "Con el desarrollo de este enfoque de transporte de reactivos, estamos en el camino de la ampliación y el despliegue".

Ramani añadió: "Esta prometedora tecnología se ha desarrollado con el apoyo continuo de la Oficina de Investigación Naval, lo que reconozco con gratitud. Estamos en la fase de ampliación de nuestras células en pilas para aplicaciones tanto en sumergibles como en drones".

La tecnología y sus fundamentos son objeto de una solicitud de patente y están disponibles para la concesión de licencias.

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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