Un nuevo avance para rebajar el coste de las celdas de combustible tipo PEM

Rebajar el coste de las celdas de combustible de membrana polimérica (tipo PEM) es uno de los retos económicos a los que se debe hacer frente para facilitar el uso generalizado de estos dispositivos para la generación de electricidad. En el último número de la revista Science se ha publicado un nuevo avance en el desarrollo de electrodos de bajo coste alternativos a los de platino. Se ha desarrollado un nuevo electrodo constituido por metales de bajo coste, hierro y cobalto, que permite alcanzar corrientes eléctricas comparables a las alcanzadas con los electrodos convencionales de platino además de presentar una excelente durabilidad.

[R.M. Navarro – Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (CSIC)]

Las celdas de combustible de membrana polimérica (PEM) son dispositivos electroquímicos que convierten la energía química almacenada en el hidrógeno (u otro combustible como metanol, etanol,…) en electricidad (y algo de calor) a baja temperatura (aprox 100ºC). El hidrógeno se alimenta en un electrodo (ánodo) donde se oxida catalíticamente generando electrones y protones (H+). Los electrones generados se conducen hacia el segundo electrodo (cátodo) por un circuito eléctrico externo generando así la corriente eléctrica. Los electrones en el cátodo se combinan con los con los protones –que viajan a través de una membrana polímerica– y con oxígeno del aire, generando agua (Figura 1).

 

 

 

 

 

 

Figura 1- Esquema de funcionamiento de una celda de combustible polimérica alimentada por hidrógeno

Aunque en los últimos años se han logrado notables progresos en el desarrollo de la tecnología de celdas de combustible, el coste y la duración de las mismas son dos de los obstáculos principales a los que se enfrenta para facilitar el uso generalizado de estos dispositivos para la generación de electricidad. Los materiales de los electrodos que catalizan las reacciones de oxidación de hidrógeno y de reducción de oxígeno son los materiales de mayor coste entre los elementos que componen la celda de combustible (alrededor del 55% del coste total de la celda). Estos electrodos están constituidos por partículas nanométricas de platino (y otros metales nobles) soportadas sobre partículas de carbón. La escasez del platino en la naturaleza hace que el cose de este material (1800 $/oz) supere incluso  al del oro (1500 $/oz). Por lo tanto, la reducción del coste de los materiales que integran los electrodos es un paso importante para facilitar la comercialización y uso de este tipo de dispositivos. En este sentido se están desarrollando diferentes líneas de investigación con la finalidad de disminuir el contenido en platino en los electrodos o bien para encontrar formulaciones metálicas alternativas al platino de inferior coste. Dentro de esta segunda línea de investigación, investigadores de Los Alamos National Laboratory (EEUU) han desarrollado un nuevo catalizador basado en metales no nobles para el electrodo de reducción de oxígeno de la celda PEM [1]. Las mejoras en el desarrollo del electrodo de reducción de oxígeno son particularmente importantes ya que la velocidad de reducción del oxígeno en dicho electrodo es determinante en el rendimiento y potencia global de la celda de combustible. El nuevo catalizador desarrollado para el electrodo de reducción de oxígeno esta basado en carbón (derivado de polianilina tratada térmicamente) sobre el que se depositan metales de bajo coste como el hierro y el cobalto. Los investigadores aseguran que la nueva formulación de electrodo no sólo alcanza rendimientos comparables a los alcanzados con los electrodos convencionales de Pt  sino que incluso presenta mejor durabilidad frente a los ciclos de arranque y parada (que son los que más limitan la vida de los electrodos). Los autores del estudio afirman que para todos los efectos, se trata de un catalizador de coste cero en comparación con los catalizadores de platino. El siguiente paso que va a abordar el grupo de investigación es tratar de conocer en profundidad el mecanismo de funcionamiento subyacente en esta nueva formulación de electrodo con el fin de optimizar su eficiencia y durabilidad lo que puede suponer un avance importante para la comercialización de este tipo de dispositivos de generación de electricidad.

Más información

[1] G.Wu, K.L. More, C.M. Johnston, P. Zelenay, High Performance Electrocatalysts for Oxygen Reduction Derived from Polyaniline, Iron and Cobalt, Science, 2011; 332 (6028)

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Comentarios

[...] Rebajar el coste de las celdas de combustible de membrana polimérica (tipo PEM) es uno de los retos económicos a los que se debe hacer frente para facilitar el uso generalizado de estos dispositivos para la generación de electricidad. En el último número de la revista Science se ha publicado un nuevo avance en el desarrollo de electrodos de bajo coste alternativos a los de platino. Se ha desarrollado un nuevo electrodo constituido por metales de bajo coste, hierro y cobalto, que permite alcanzar corrientes eléctricas comparables a las alcanzadas con los electrodos convencionales de platino además de presentar una excelente durabilidad. Compromiso social por la ciencia Master Site Feed Posts [...]

Señor Dufour: Me encuentro en Colombia y quisiera saber sobre los costos y especificaciones de éstos dispositivos los cuales tengan una capacidad de abastecer plantas industriales de una potencia de 10 mega watts. Sería realmente interesante hacer uso de esta tecnología en el sector industrial y así dejar de generar las altas emisiones de CO2 que tanto daño le hacen a nuestro planeta.

Muchas gracias.

Estimado Pablo.
Debes ponerte en contacto con el autor del trabajo. Yo soy el gestor del weblog.
Saludos

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