Una nueva clase de celdas de combustible basadas en un material a base de polímero recién descubierto podría cerrar la brecha entre los rangos de temperatura de operación de dos tipos existentes de celdas de combustible de polímero, un avance con el potencial de acelerar la comercialización de celdas de combustible de bajo costopara aplicaciones automotrices y estacionarias.
Un equipo del Laboratorio Nacional de Los Alamos, en colaboración con Yoong-Kee Choe en el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada en Japón y Cy Fujimoto de los Laboratorios Nacionales Sandia, descubrió que las celdas de combustible hechas de iones de fosfato-amonio cuaternariopuede operarse entre 80 ° C y 200 ° C con y sin agua, mejorando la usabilidad de las celdas de combustible en una variedad de condiciones. La investigación se publica en la revista Energía natural .
"Las celdas de combustible basadas en polímeros se consideran la tecnología clave del futuro tanto para los sistemas de energía estacionaria como para vehículos", dijo Yu Seung Kim, el líder del proyecto en Los Alamos. "Hay un gran beneficio en el funcionamiento de las celdas de combustible en la más ampliaposible temperatura de operación con tolerancia al agua. Pero los vehículos actuales con celdas de combustible necesitan corrientes de entrada humidificadas y radiadores grandes para disipar el calor residual, lo que puede aumentar el costo del sistema de celdas de combustible sustancialmente, por lo que las personas han buscado materiales que puedan conducir protones en condiciones de operación flexibles. Es muy emocionante que ahora hayamos encontrado tales materiales ".
Los Alamos ha sido líder en investigación de celdas de combustible desde la década de 1970. Las tecnologías de celdas de combustible pueden beneficiar significativamente la seguridad energética, el medio ambiente y la economía de la nación a través del consumo reducido de petróleo, las emisiones de gases de efecto invernadero y la contaminación del aire. El trabajo de investigación actual apoyalas misiones del laboratorio relacionadas con la seguridad energética y los materiales para el futuro.
Actualmente, existen dos clases principales de celdas de combustible basadas en polímeros. Una es la clase de celdas de combustible de baja temperatura que requieren agua para la conducción de protones y no pueden funcionar por encima de 100 ° C.El otro tipo son las celdas de combustible de alta temperatura que puedenoperar hasta 180 ° C sin agua; sin embargo, el rendimiento se degrada en condiciones de absorción de agua por debajo de 140 ° C.
El equipo de investigación descubrió que un par de iones fosfato-amonio cuaternario tiene una interacción mucho más fuerte, lo que permite el transporte de protones de manera efectiva incluso en condiciones de condensación de agua.
"El descubrimiento ocurrió cuando estábamos investigando membranas conductoras de hidróxido alcalino, que tienen grupos de amonio cuaternario", dijo Kim. "Si bien las membranas alcalinas funcionan solo en condiciones de pH alto, surgió la idea de que las membranas alcalinas pueden usarse a pH bajocondiciones combinando con ácido fosfórico ", dijo Kim." Este fue un momento impresionante, cuando Choe trajo los datos de cálculo que mostraron que la interacción entre el amonio cuaternario y el bifosfato es 8.7 veces más fuerte que la interacción ácido-base convencional ".
El equipo de Los Alamos colaboró con Fujimoto en Sandia para preparar polímeros funcionalizados con amonio cuaternario. Las células de combustible prototipo hechas de la membrana coordinada por pares de iones demostraron un excelente rendimiento y durabilidad de la celda de combustible a 80-200 ° C, que es inalcanzable contecnología de pila de combustible existente.
¿Qué sigue? "El rendimiento y la durabilidad de esta nueva clase de celdas de combustible podrían incluso mejorarse aún más con materiales de electrodos de alto rendimiento", dijo Kim, citando un avance esperado dentro de cinco a diez años que es otro paso crítico para reemplazar la corrienteceldas de combustible de baja temperatura utilizadas en vehículos y aplicaciones estacionarias.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Los Alamos . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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