Nueva membrana de pila de combustible de hidrógeno funciona a 250 °C sin agua para uso en energía limpia
Durante las pruebas de laboratorio, los investigadores demostraron un transporte ultrarrápido de protones dentro de la membrana
El mundo poco a poco va prescindiendo de los combustibles fósiles —tan contaminantes y perjudiciales no solo para el medioambiente, sino también para la salud— para abrazar la electricidad y las energías renovables. Diversas industrias, en los últimos años, se han interesado en el hidrógeno por ser un elemento que produce cero emisiones y altamente eficiente.
Las pilas de hidrógeno podrían marcar un antes y un después. Estos dispositivos electroquímicos se encargan de convertir la energía química en energía eléctrica a partir de un combustible (hidrógeno) y un comburente o gas reactivo (oxígeno), produciendo electricidad y agua en calor y corriente continua. Si bien se pueden utilizar en diferentes aplicaciones, las pilas de hidrógeno están ganando peso en la industria del transporte.
Aunque existen diferentes tipos de pilas de hidrógeno, suelen caracterizarse por contar con cuatro partes principales: ánodo, cátodo, electrolito y catalizador. Su duración es de aproximadamente 15 años, y en caso de emplearse en vehículos, tienen la misma duración que la vida útil de este. Científicos han conseguido que las pilas de combustible de hidrógeno funcionen a 250 ºC.
Alta conductividad y estabilidad en condiciones secas y de alta temperatura
Científicos de la Universidad de Monash en Australia han desarrollado membranas ultrafinas que permiten usar las pilas de combustible de hidrógeno a la temperatura de 250 ºC, lo que posibilita que operen sin agua, eliminando un importante obstáculo para el uso de pilas de combustible y facilitando su despliegue a gran escala en sistemas de energía limpia.
Lo bueno de las pilas de combustible es que, a diferencia de la energía solar y eólica, se pueden instalar bajo demanda y alimentar una amplia gama de aplicaciones: desde centros de datos hasta misiones espaciales, pasando por vehículos de pasajeros y aviones. Esto es porque son ligeras y portátiles. Si no están más extendidas se debe a que el rendimiento ha frenado su adopción.
Las membranas en las pilas de combustible transportan los protones. Sin embargo, dependen del agua para realizar esta función, y dado que el agua se evapora a temperaturas elevadas, las pilas de combustible han tenido dificultades para operar a dichas temperaturas, limitando su uso.
Los investigadores de la Universidad de Monash han abordado el problema desarrollando nanohojas atómicamente delgadas que no requieren agua para el transporte de protones. Están hechas con grafeno y nitruro de boro, y proporcionan una potencia de salida especialmente alta en las pilas de combustible de hidrógeno. Huanting Wang, profesor del Departamento de Ingeniería Química y Biológica de la Universidad de Monash, explicó:
"Al integrar nanohojas conductoras de protones con ácido fosfórico nanoconfinado, hemos creado una membrana que mantiene un transporte rápido de protones sin depender del agua. Esto permite que las pilas de combustible funcionen de manera eficiente a temperaturas mucho más elevadas de lo que es posible actualmente".
Durante las pruebas de laboratorio, los investigadores demostraron un transporte ultrarrápido de protones dentro de esta membrana a temperaturas de hasta 250 grados Celsius. "Las nanohojas proporcionan vías directas para el transporte de protones, mientras que el ácido fosfórico confinado permite un rápido salto de protones. En conjunto, estos mecanismos ofrecen alta conductividad y estabilidad en condiciones secas y de alta temperatura", añadió Kaiqiang He, investigador postdoctoral de la Universidad de Monash.