Membranas y materiales para pilas de combustible
Como fuentes de energía sostenibles y renovables, las pilas de combustible generan energía eléctrica mediante una reacción de electrólisis inversa entre una fuente de combustible rica en hidrógeno y el oxígeno. Las pilas de combustible pueden funcionar con una mayor eficiencia en comparación con los motores de combustión tradicionales y con menores emisiones, ya que a menudo solo producen calor y agua como residuos. Esta fuente de electricidad limpia y eficiente puede ampliarse para su uso en centrales eléctricas o reducirse para aplicaciones de transporte o de energía portátil. La investigación actual se centra en mejorar el rendimiento y la durabilidad de la tecnología de las pilas de combustible, al tiempo que se reducen los costes, por ejemplo, mediante el desarrollo de electrolitos de membrana de intercambio iónico y la mejora de los conjuntos de membrana y electrodo.
Nuestros materiales para pilas de combustible y membranas ofrecen propiedades superiores, como una alta conductividad protónica, una elevada estabilidad química y térmica, y una baja permeabilidad a los gases para los componentes de las pilas de combustible. Ofrecemos platino y aleaciones de platino, catalizadores de platino dopado y materiales alternativos para la deposición de platino que permiten una alta activación de los catalizadores de las pilas de combustible.
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Células de combustible de óxido sólido (SOFC)
Las pilas de combustible de óxido sólido utilizan un electrolito de óxido sólido para conducir iones de oxígeno negativos desde el cátodo de la pila de combustible hasta el ánodo. Nuestros materiales de óxido sólido incluyen una variedad de circonia estabilizada con itria (YSZ), manganita de lantano y estroncio (LSM), ceria dopada con gadolinio (GDC) y otros materiales cerámicos diseñados específicamente para mejorar la durabilidad y el rendimiento de las aplicaciones de SOFC.
Pilas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEM)
Las pilas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEM), también denominadas pilas de combustible de membrana de electrolito polimérico, funcionan a temperaturas relativamente bajas (aproximadamente 80 °C). En las pilas de combustible PEM, una membrana polimérica conduce los protones desde el ánodo hasta el cátodo, al tiempo que bloquea los electrones, utilizando la electrólisis del agua para producir energía.
Componentes de las pilas de combustible
Los dispositivos de pilas de combustible suelen estar compuestos por varias pilas de combustible conectadas en serie para formar una pila, lo que aumenta la cantidad total de electricidad generada. Cada pila de combustible individual contiene tres componentes principales: dos electrodos (ánodo y cátodo) y un electrolito conductor. En el caso de las pilas de combustible PEM, cada electrodo está compuesto por un material poroso de gran superficie impregnado con un electrocatalizador, normalmente platino o una aleación de platino. El material electrolítico es una membrana polimérica que actúa como conductor iónico.
En las pilas de combustible que funcionan con H₂ puro, el hidrógeno gaseoso se divide en protones y electrones en el ánodo. Los protones se conducen a través de la membrana electrolítica, y los electrones fluyen alrededor de la membrana, generando una corriente eléctrica. Los iones cargados (H⁺ y e⁻) se combinan con el oxígeno en el cátodo, produciendo agua y calor.
Catalizadores para pilas de combustible
El platino presenta una alta actividad en la oxidación del hidrógeno y sigue siendo un material electrocatalizador de uso frecuente. Una de las principales áreas de investigación en pilas de combustible ha sido la reducción del contenido de platino sin que ello suponga una disminución del rendimiento de la pila, lo que da lugar a un aumento general de la rentabilidad del dispositivo. Esto se consigue mediante el uso de catalizadores diseñados a partir de nanopartículas de platino soportadas sobre carbono conductivo (738581, 738549 y 738557). Estos materiales presentan la ventaja de contar con nanopartículas altamente dispersas, una elevada superficie electrocatalítica (ESA) y un crecimiento mínimo de las partículas a temperaturas elevadas, incluso con niveles más altos de carga de Pt.
Las aleaciones que contienen Pt resultan útiles para dispositivos que funcionan con fuentes de combustible especializadas, como el metanol o el reformado (H₂, CO₂, CO y N₂). Las aleaciones de Pt/Ru, por ejemplo, han demostrado un mayor rendimiento en comparación con los electrocatalizadores de Pt puro en lo que respecta a la oxidación del metanol y al envenenamiento por monóxido de carbono. El Pt3Co es otro catalizador de interés (especialmente para los cátodos de las PEMFC) y ha demostrado un rendimiento mejorado en la reacción de reducción del oxígeno, así como una alta estabilidad. Vulcan® XC72 es un negro de humo mesoporoso que se utiliza como soporte catalítico. Su elevada superficie específica y su excelente conductividad eléctrica contribuyen a mejorar el rendimiento de las PEMFC y a regular el tamaño de las nanopartículas del catalizador durante la catálisis.
Membranas para pilas de combustible
A la hora de seleccionar un electrolito para pilas de combustible se tienen en cuenta varios requisitos clave. Entre las propiedades deseables se incluyen una alta conductividad protónica, una elevada estabilidad química y térmica, y una baja permeabilidad a los gases. Aquivion® D79-25BS es una dispersión de ionómero de ácido perfluorosulfónico (PFSA) que se utiliza en la fabricación de membranas separadoras de PEM y como componente en catalizadores heterogéneos. Aquivion® D79-25BS presenta una concentración muy elevada de grupos funcionales que le confieren una fuerte conductividad protónica (o de Na+, K+, Li+, etc.), un punto de reblandecimiento elevado que permite su funcionamiento a altas temperaturas, muy por encima de los 80 ºC, y una gran capacidad de retención de agua, lo que mejora el funcionamiento de las pilas de combustible en condiciones de baja humedad para las membranas o las tintas catalíticas que utilizan este material de dispersión.
Recursos relacionados
- Artículo: Materiales para pilas de combustible de óxido sólido de película delgada (TF-SOFC)
Thin film solid oxide fuel cells offer technical advantages; review of TF-SOFC deposition methods for electrolyte thin films.
- Artículo: Avances en materiales para pilas de combustible de óxido sólido
As with all types of fuel cells, a Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) is capable of efficiently transforming chemical energy into electrical energy.
- Artículo: Membranas de ácido perfluorosulfónico para aplicaciones en pilas de combustible y electrolizadores
Advances in electrochemical water conversion and understanding PEMFC degradation drive progress in hydrogen technologies.