Una de las tecnologías de energía limpia más prometedoras ha mejorado aún más. Investigadores de la Universidad de Delaware han desarrollado los componentes de celdas de combustible de membrana de intercambio de hidróxido más potentes y duraderos de los que se tiene constancia, que describieron recientemente en la revista Energía natural . ¿El ingrediente clave? Membranas hechas de polímeros de poli aril piperidinio.
Las celdas de combustible funcionan al convertir la energía química en electricidad, y son una fuente de energía prometedora para los vehículos ecológicos. Ya existen algunos vehículos de celdas de combustible en el mercado, incluidos el Toyota Mirai, el Honda Clarity y el Hyundai Nexo,y se están desarrollando más automóviles con celdas de combustible en todo el mundo. Las celdas de combustible en automóviles requieren el uso de un costoso material catalizador, generalmente platino, para acelerar las reacciones químicas en el interior. Estas se denominan celdas de combustible de intercambio de membrana de protones, y contienen membranas hechas de unmaterial polimérico fluorado.
Durante casi dos décadas, Yushan Yan, Profesor Distinguido de Ingeniería de Ingeniería Química y Biomolecular, ha estado trabajando para desarrollar celdas de combustible que no requieren catalizadores de platino y en su lugar emplean metales más baratos, como plata o níquel. Estas celdas de combustible contienen hidróxidointercambian membranas, que cambian el ambiente dentro de las celdas de combustible de ácido - el estándar actual - a alcalino. La membrana de la celda de combustible es lo que determina el pH en el interior.
"Podemos hacer que los componentes sean mucho más baratos cambiando de celdas de combustible de membrana de intercambio de protones a celdas de combustible de membrana de intercambio de hidróxido", dijo Yan. Para hacer estas membranas, Yan ha estado en una búsqueda para desarrollar materiales óptimos y escalables. Para estoEn el proyecto, Yan contó con la experiencia de otro experto en electroquímica de la UD: Bingjun Xu, profesor asistente de ingeniería química y biomolecular.
Los polímeros de intercambio de hidróxido consisten en una cadena larga, o cadena principal, y una cadena lateral con un ión o catión cargado positivamente. En el trabajo anterior de Yan, las cadenas laterales utilizadas en las membranas de intercambio de hidróxido contenían cationes positivos muy grandes, lo que los hizo establespero dificultó su conductividad. El material de la columna vertebral, por otro lado, era económico, pero no lo suficientemente estable.
"La pregunta era: ¿cómo se crea un nuevo polímero que sea estable tanto para el catión orgánico como para el esqueleto al mismo tiempo, con un catión pequeño?", Dijo Yan.
Utilizando polímeros de poli aril piperidinio, el equipo desarrolló membranas de intercambio de hidróxido e ionómeros con propiedades favorables, que incluyen buena conductividad iónica, estabilidad química, robustez mecánica, separación de gases y solubilidad selectiva. Cuando el equipo probó estos materiales en un sistema con soloEn una cantidad muy pequeña de platino, las celdas de combustible alimentadas con aire tenían una densidad de potencia máxima de 920 milivatios por centímetro cuadrado y funcionaban de manera estable a una densidad de corriente de 500 miliamperios por centímetro cuadrado durante 300 horas en el aire a 95 grados centígrados.
Estas son las mejores estadísticas de potencia y estabilidad hasta ahora para una membrana de intercambio de hidróxido a más de 90 grados centígrados y lo más cerca que se haya llegado a las 5000 horas de funcionamiento que serían necesarias para usar esta tecnología en un automóvil.
El equipo desarrolló una familia de polímeros, haciendo que esta tecnología sea versátil. "Hay muchas perillas que podemos utilizar para ofrecer diferentes propiedades", dijo Yan. "Esta es una tecnología de plataforma".
El primer autor del artículo es el investigador asociado Junhua Wang, quien ha estado trabajando en este proyecto desde 2011. "Para que se hiciera este descubrimiento, tenía que ser muy paciente", dijo Yan. "Es un científico maravilloso, muy creativoy diligente "
El equipo de la UD también incluyó al asociado de investigación Yun Zhao, los asociados postdoctorales Brian P. Setzler, Santiago Rojas-Carbonell, Lan Wang, Keda Hu; el estudiante de doctorado Lin Shi y el profesor adjunto Shimshon Gottesfeld. También colaboraron con tres colegas de Elbit Systems Limited, una compañía de celdas de combustible con sede en Israel.
La investigación se basa en el trabajo apoyado por el Departamento de Energía de EE. UU., Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía bajo el Premio No. DE-AR00000771.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Delaware . Original escrito por Julie Stewart. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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