Por SCIENCE DAILY – 07 de febrero de 2022 (World energy trade)
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Una nueva pila de combustible de polímero de alta temperatura que funciona a 80-160 grados Celsius, con una densidad de potencia superior a la de las pilas de combustible más modernas, resuelve el viejo problema del sobrecalentamiento, uno de los obstáculos técnicos más importantes para el uso de pilas de combustible de uso medio y pesado en vehículos de transporte como camiones y autobuses.
Como las pilas de combustible actuales funcionan a 60-80 C, necesitan grandes radiadores y tomas de aire para mantenerse lo suficientemente frías como para funcionar.
Para resolver este problema, los científicos del Laboratorio Nacional de Los Álamos han desarrollado una nueva pila de combustible de polímero que funciona a temperaturas más altas.
“Las pilas de combustible son dispositivos de conversión de energía que producen electricidad combinando electroquímicamente el hidrógeno y el oxígeno del aire. Al igual que otros vehículos eléctricos, los de pila de combustible son vehículos de cero emisiones; no tienen emisiones de gases de efecto invernadero ni relacionadas con el smog”, explica Yu Seung Kim, del grupo de Síntesis de Materiales y Dispositivos Integrados de Los Álamos. “Además, el hidrógeno puede producirse a partir de diversos recursos domésticos con el potencial de cero emisiones de gases de efecto invernadero”.
Las pilas de combustible de hidrógeno son una buena opción para el transporte medio y pesado por carretera, incluidos camiones y autobuses, y tienen también aplicaciones marinas, ferroviarias y de aviación.
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La electrificación del transporte medio y pesado en el futuro -ya sea con baterías o con pilas de combustible de hidrógeno- es necesaria dados los esfuerzos mundiales para reducir las emisiones en el transporte. En comparación con los vehículos impulsados por baterías, las pilas de combustible ofrecen un abastecimiento rápido y un almacenamiento de combustible adecuado para aplicaciones de largo alcance.
A lo largo de varias décadas, los investigadores han explorado pilas de combustible que pueden funcionar por encima de los 100 C y que permiten sistemas de pilas de combustible más sencillos gracias a una mejor gestión del calor y del agua. Aunque es necesario seguir trabajando para establecer la durabilidad necesaria para las aplicaciones de uso intensivo, esta investigación ofrece una solución para fabricar pilas de combustible de alto rendimiento en condiciones de calor y sequedad.
Los avances en la tecnología de las pilas de combustible también apoyan la iniciativa Intermountain West Energy Sustainability & Transitions (I-WEST), que está desarrollando una hoja de ruta tecnológica para la transición del oeste de Estados Unidos a un sistema energético económicamente sostenible y neutro en carbono. La hoja de ruta esbozará las formas en que los estados del Oeste Intermontano pueden afrontar los retos, aprovechar las oportunidades y construir una estrategia de transición energética equitativa.
Las pilas de combustible convencionales de membrana de electrolito polimérico de alta temperatura utilizan ácido fosfórico como electrolito en el electrodo. En esta investigación, el equipo de Los Álamos diseñó un electrolito polimérico compuesto por un polímero fosfonado y un ácido perfluorosulfónico.
En esta estructura de electrolito compuesto, el equipo descubrió que un protón del ácido perfluorosulfónico se transfiere al polímero fosfonado y mejora notablemente la conductividad de los protones.
Gracias a la aplicación del electrolito polimérico compuesto, los investigadores pudieron alcanzar una densidad de potencia nominal de la pila de combustible de casi 800 milivatios por centímetro cuadrado a 160 C, lo que supone una mejora del 60 por ciento de las pilas de combustible basadas en ácido fosfórico.
Esta investigación es el resultado de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía (ARPA-E) del Departamento de Energía (DOE), un esfuerzo destinado a desarrollar innovadoras pilas de combustible de electrolito polimérico de alta temperatura para aplicaciones de transporte.
Esta investigación también apoya a la Oficina de Tecnologías de Hidrógeno y Celdas de Combustible del DOE (EERE-HFTO) “L’innovator” – un programa apoyado por la Oficina de Tecnologías de Hidrógeno y Celdas de Combustible del DOE para acelerar la comercialización de tecnologías innovadoras de hidrógeno y celdas de combustible desarrolladas en laboratorios nacionales para permitir una robusta industria doméstica de hidrógeno y celdas de combustible y una base de suministro.
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