19.02.2021 - Incheon National University

Alimentando el futuro: Una nueva membrana de dos polímeros aumenta el rendimiento de las pilas de combustible de hidrógeno

Los científicos combinan materiales con propiedades contrastadas mediante un método único para diseñar una membrana de pila de combustible robusta y de alto rendimiento para la producción de hidrógeno

Una parte considerable de los esfuerzos para hacer realidad un mundo sostenible se ha dedicado a desarrollar pilas de combustible de hidrógeno para poder lograr una economía del hidrógeno. Las pilas de combustible tienen ventajas distintivas: alta eficiencia de conversión de energía (hasta el 70%) y un subproducto limpio, el agua. En la última década, las pilas de combustible de membrana de intercambio aniónico (AEMFC), que convierten la energía química en energía eléctrica mediante el transporte de iones con carga negativa (aniones) a través de una membrana, han recibido atención debido a su bajo coste y a su relativo respeto al medio ambiente en comparación con otros tipos de pilas de combustible. Pero, aunque son baratas, las AEMFC presentan varios inconvenientes importantes, como la baja conductividad de los iones, la escasa estabilidad química de la membrana y una tasa de rendimiento general inferior a la de sus homólogas. Ahora, en un estudio publicado en la revista Journal of Materials Chemistry A, unos científicos coreanos presentan una nueva membrana que es delgada y resistente, y que elimina estos inconvenientes.

Para desarrollar su membrana, los científicos utilizaron un método novedoso: unieron químicamente dos polímeros disponibles en el mercado, el poli(2,6-dimetil-1,4-óxido de fenileno) (PPO) y el poli(estireno-b-(etileno-co-butileno)-b-estireno) (SEBS) sin utilizar un agente reticulante. El profesor Tae-Hyun Kim, de la Universidad Nacional de Incheon, que dirigió el estudio, explica: "En un estudio anterior se intentó fabricar membranas de intercambio aniónico (MIA) reticulando PPO y SEBS con diamina como agente reticulante. Aunque las AEM mostraban una excelente estabilidad mecánica, el uso de la diamina podría haber dado lugar a reacciones diferentes a las que se producen entre el PPO y el SEBS, lo que dificultaba el control de las propiedades de la membrana resultante. Por lo tanto, en nuestro estudio, reticulamos la PPO y la SEBS sin ningún agente reticulante para garantizar que sólo la PPO y la SEBS reaccionaran entre sí". La estrategia empleada por el equipo del profesor Kim también consistió en añadir un compuesto llamado triazol al PPO para aumentar la conductividad iónica de la membrana.

Las membranas fabricadas con este método tenían un grosor de hasta 10 μm y una excelente resistencia mecánica, estabilidad química y conductividad incluso a una humedad ambiente del 95%. En conjunto, todo ello confería un alto rendimiento global a la membrana y a la correspondiente pila de combustible en la que los científicos probaron su membrana. Cuando funcionaba a 60 °C, esta pila de combustible mostraba un rendimiento estable durante 300 horas con una densidad de potencia máxima que superaba la de las AEM comerciales existentes y se equiparaba a las de vanguardia.

Entusiasmado con las perspectivas de futuro de este prometedor AEM, el profesor Kim afirma: "Las membranas de electrolito polimérico de nuestro estudio pueden aplicarse no sólo a las pilas de combustible que generan energía, sino también a la tecnología de electrólisis del agua que produce hidrógeno. Por tanto, creo que esta investigación desempeñará un papel vital en la revitalización de la economía nacional del hidrógeno".

Quizá ese mundo limpio y verde que imaginamos no esté muy lejos.

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