Estudio de durabilidad en pilas de metanol directo (DMFCs)

Autores: [Ricardo Escudero Cid, Pilar Ocón-Universidad Autónoma de Madrid]

Las llamadas DMFCs son pilas de combustible de membrana polimérica alimentadas con metanol y aire. Una de las aplicaciones más estudiadas para las pilas de combustible, es la posibilidad de implantarlas en el sector transportes permitiendo así reducir la dependencia del petróleo. Teniendo en cuenta esta aplicación una de las cualidades fundamentales necesarias de los combustibles es su facilidad de manejo y transporte. El metanol se encuentra en estado líquido a temperatura ambiente a diferencia de lo que ocurre con el hidrógeno, por lo que presenta mejores propiedades para su implantación como vector energético, ya que la adaptación para el repostaje de combustible puede realizarse más fácilmente. A pesar de esta ventaja, la realidad es que las pilas de metanol directo son menos eficientes que las de hidrógeno ya que las potencias alcanzadas son menores y su durabilidad más baja. Esto ocurre debido entre otros problemas, al crossover de metanol, es decir, el paso del metanol desde el ánodo al cátodo contaminando el material catalítico y empeorando su funcionamiento.

La mayoría de los estudios que se realizan hoy en día, centran su interés en mejorar la potencia de las pilas o en la búsqueda de catalizadores más baratos para una mejor implantación en el mercado. Normalmente, la durabilidad de las pilas no se tiene demasiado en cuenta, pese a ser una de los parámetros más importantes a la hora de implantar el dispositivo. Esto, se debe a la dificultad para evaluarla, ya que se debería mantener trabajando el sistema como si de uno real se tratase por lo tanto, un largo número de horas, siendo todo ello demasiado costoso tanto en tiempo como en dinero para poder llevarse a cabo.

Para realizar los estudios de durabilidad de las DMFCs, se desarrollan diferentes perfiles de trabajo. En primer lugar están aquellos que trabajan a un potencial o intensidad fija durante horas, presentando durabilidades muy altas pero alejándose mucho del tipo de operación normal de una aplicación real, en esta se llevan a cabo situaciones de parada/arranque y demandas con picos altos. En segundo lugar se realizan estudios con comportamientos similares a los de un vehículo convencional, teniendo en cuenta las paradas y arranques, durante largos periodos de tiempo y así reflejar la durabilidad de las pilas trabajando de manera similar a su aplicación final. Por último, para evitar largos periodos de estudio se realizan ciclos de stress en los que se simula el comportamiento esperado de una aplicación pero se obliga al sistema a permanecer cortos periodos de tiempos en cada uno de los puntos de trabajo. Esto, provoca un mayor desgaste del ensamblaje membrana electrodos (MEAs) y por tanto una durabilidad mucho menor. Este tipo de evaluación es muy útil para llevar a cabo comparaciones entre diferentes pilas, y/o diferentes materiales electrocatalíticos siendo un proceso más rápido, obteniendo resultados mucho antes, que reflejan perfectamente la viabilidad del dispositivo.

Las condiciones de trabajo que se exigen a las baterías en los automóviles, por parte de las casas comerciales son muy exigentes por lo que el estudio de durabilidad para pilas de combustible de nueva generación para uso en coches con diferentes grados de hibridación, es cada vez más importante. Deben de realizarse estudios más metódicos y severos con el fin de poder extrapolar los resultados de laboratorio a una aplicación real. Para poder llevarlo a cabo hacen falta normativas que obliguen a las compañías a hacer mejores estudios e incluir a las DMFCs como alternativa para los nuevos coches con diferentes grados de hibridación o completamente eléctricos.

Más información

N. Wongyao, A. Therdthianwong, S. Therdthianwong. Fuel 89 (2010) 971-977.

J. Park, J. Lee, J. Sauk, I. Son. Int. J. Hydrogen Energy 33 (2008) 4833-4843

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