Un grupo de Brasil y un equipo de HZB han investigado una nueva membrana compuesta para celdas de combustible de etanol. Consiste en el polímero Nafion, en el que las nanopartículas de un compuesto de titanio están incrustadas por el proceso de extrusión por fusión raramente explorado. En BESSY II estabancapaz de observar en detalle cómo se distribuyen las nanopartículas en la matriz de Nafion y cómo contribuyen a aumentar la conductividad de los protones.
El etanol tiene una densidad de energía volumétrica cinco veces mayor 6.7 kWh / L que el hidrógeno 1.3 kWh / L y se puede usar de manera segura en las celdas de combustible para la generación de energía. En Brasil, en particular, existe un gran interés en mejores celdas de combustible para etanolComo todo el país distribuye etanol de bajo costo producido de manera renovable a partir de la caña de azúcar. Teóricamente, la eficiencia de una pila de combustible de etanol debe ser del 96 por ciento, pero en la práctica con la densidad de potencia más alta es solo del 30 por ciento, debido a una variedadde razones. Por lo tanto, hay un gran margen para mejoras.
Nafion con nanopartículas
Por lo tanto, un equipo dirigido por el Dr. Bruno Matos del instituto de investigación brasileño IPEN está investigando nuevas membranas compuestas para celdas de combustible de etanol directo. Una solución prometedora es la adaptación de nuevos materiales de electrolitos compuestos basados en polímeros para reemplazar el estado del arteelectrolito polimérico como Nafion. Matos y su equipo utilizan el proceso de extrusión por fusión para producir membranas compuestas basadas en Nafion con nanopartículas de titanato adicionales, que se han funcionalizado con grupos de ácido sulfónico.
Experimentos infrarrojos en BESSY II
El equipo de Matos ahora ha analizado a fondo cuatro composiciones diferentes de membranas compuestas de Nafion en la línea de luz infrarroja IRIS en BESSY II. Las mediciones de dispersión de rayos X de ángulo pequeño confirmaron que las partículas de titanio estaban interactuando sinérgicamente con la matriz ionomérica de Nafion.
Conductividad de protones aumentada
Utilizando la espectroscopía infrarroja, observaron que se formaron puentes químicos entre los grupos de ácido sulfónico de las nanopartículas funcionalizadas. Además, al seguir el movimiento de protones a lo largo de los grupos iónicos, encontraron una mayor conductividad de protones en la membrana compuesta, incluso a altas concentracionesde nanopartículas ". Fue una verdadera sorpresa que no esperábamos", dice la Dra. Ljiljana Puskar, científica de HZB en el IRIS-Beamline. La reducción de la conductividad con el incremento de las nanopartículas es uno de los principales obstáculos que retrasanel desarrollo de materiales compuestos de alto rendimiento. La mayor conductividad de protones podría permitir una mejor movilidad del portador de carga y, por lo tanto, aumentar la eficiencia de la celda de combustible de etanol directo.
Ventaja de la extrusión por fusión
"Esta membrana compuesta se puede producir por extrusión en fusión, lo que permitiría su producción a escala industrial", señala Matos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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