{"id":132580,"date":"2015-08-12T08:22:06","date_gmt":"2015-08-12T07:22:06","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=132580"},"modified":"2015-08-03T15:26:44","modified_gmt":"2015-08-03T14:26:44","slug":"membranas-de-intercambio-anionico-comerciales-y-su-aplicacion-en-pila-de-combustible-alcalina","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2015\/08\/12\/132580","title":{"rendered":"Membranas de intercambio ani\u00f3nico comerciales y su aplicaci\u00f3n en pila de combustible alcalina"},"content":{"rendered":"

Autores: D. Herranz, P. Oc\u00f3n. Universidad Aut\u00f3noma de Madrid<\/span><\/strong>
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En los \u00faltimos a\u00f1os ha aumentado el inter\u00e9s a escala mundial sobre las membranas de intercambio ani\u00f3nicas debido a su potencial en sistemas electroqu\u00edmicos de conversi\u00f3n y almacenamiento de energ\u00eda, lo cual se ha traducido en un importante desarrollo de la investigaci\u00f3n y comercializaci\u00f3n de las mismas.<\/span><\/p>\n

Las membranas de intercambio ani\u00f3nicas o alcalinas tienen distintos usos en la actualidad, entre los cuales cabe destacar: electrodeionizaci\u00f3n (usado para purificaci\u00f3n del agua), electrocoating (para sistemas de pintura an\u00f3dica y cat\u00f3dica), electr\u00f3lisis (obtenci\u00f3n a partir de agua de hidr\u00f3geno y ox\u00edgeno puros), electrodi\u00e1lisis (para desalinizaci\u00f3n y desmineralizaci\u00f3n del agua), \u00a0di\u00e1lisis por difusi\u00f3n (para recuperaci\u00f3n de \u00e1cidos) y pilas de combustible (transformaci\u00f3n de energ\u00eda qu\u00edmica en el\u00e9ctrica directamente) entre otros.<\/span><\/p>\n

Algunas de las empresas m\u00e1s importantes que est\u00e1n comercializando en la actualidad este tipo de membranas son: Membranes International Inc., Fumatech, Mega a.s., Solvay y Tokuyama. Para sintetizar sus membranas utilizan diversas estrategias de s\u00edntesis y pol\u00edmeros, algunos ejemplos son el uso de gel poliestireno entrecruzado con divinilbenzona o el polietileno mezclado con poliamida \u00f3 poli\u00e9ster; adem\u00e1s usan distintos refuerzos para las membranas con el fin de mejorar sus propiedades mec\u00e1nicas, como ejemplo se tiene el PEEK (poli\u00e9ter \u00e9ter cetona) o el PET (tereftalato de polietileno).<\/span><\/p>\n

Varios ejemplos de membranas ani\u00f3nicas que son utilizadas para este tipo de procesos se muestran en la siguiente tabla:<\/span><\/p>\n

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Como se indic\u00f3 arriba uno de los posibles usos es la aplicaci\u00f3n en pilas de combustible, con las cuales se consigue una conversi\u00f3n directa de la energ\u00eda qu\u00edmica, que contienen los combustibles, en energ\u00eda el\u00e9ctrica, lo cual lleva asociada una alta eficiencia energ\u00e9tica te\u00f3rica (del 83% en el caso de la pila H2<\/sub>\/O2<\/sub>). Este dispositivo presenta por lo tanto unas caracter\u00edsticas ideales para funcionar como sistemas transformador de energ\u00eda con una contaminaci\u00f3n asociada despreciable o incluso nula, caracter\u00edsticas muy necesarias debido a los graves problemas de contaminaci\u00f3n que se tienen en la actualidad.<\/span><\/p>\n

En el campo de las pilas de combustible, las de membrana polim\u00e9rica son dispositivos donde los iones viajan a trav\u00e9s de la misma entre el \u00e1nodo y el c\u00e1todo; las membranas que han tenido un mayor desarrollo y que m\u00e1s se han comercializado hasta la fecha han sido las de intercambio cati\u00f3nico (funcionan en medio \u00e1cido) ya que tienen una buena estabilidad qu\u00edmica y mec\u00e1nica aunque presentan una cin\u00e9tica lenta para la reducci\u00f3n del ox\u00edgeno y por lo tanto necesitan catalizadores de metales nobles, en general caros, como por ejemplo el Pt. El material m\u00e1s com\u00fan y ampliamente comercializado de este tipo de membranas es el Nafion\u00ae.<\/span><\/p>\n

Por otro lado, las membranas de intercambio ani\u00f3nico funcionan en medio alcalino; la ventaja m\u00e1s importante que presenta este medio es que las cin\u00e9ticas de reacci\u00f3n son m\u00e1s r\u00e1pidas que en medio \u00e1cido, sobre todo en la reducci\u00f3n del ox\u00edgeno y la oxidaci\u00f3n de alcoholes, permitiendo por tanto el uso de catalizadores menos nobles y m\u00e1s baratos y siendo de especial relevancia para la futura comercializaci\u00f3n y aplicaci\u00f3n final en dispositivos tanto estacionarios como m\u00f3viles y port\u00e1tiles. <\/span><\/p>\n

Las membranas de intercambio ani\u00f3nico sin embargo no han tenido un uso importante en su aplicaci\u00f3n para pilas de combustible comerciales, esto se debe b\u00e1sicamente a que todav\u00eda no se han conseguido desarrollar membranas que cumplan de manera satisfactoria el conjunto de las siguientes caracter\u00edsticas: alta conductividad de iones OH–<\/sup>, alta estabilidad mec\u00e1nica y alta estabilidad qu\u00edmica a elevados pHs y temperaturas. <\/span><\/p>\n

Aun as\u00ed ya hay varias membranas comerciales, las cuales est\u00e1n siendo estudiadas desde distintos puntos de vista: tanto como referencia durante el desarrollo de otras membranas,1<\/sup>–<\/sup>3<\/sup> como alter\u00e1ndolas de distintas formas para obtener membranas mejoradas basadas en estas comerciales4<\/sup> \u00f3 us\u00e1ndolas directamente en la pila de combustible5<\/sup>,<\/sup>6<\/sup>.<\/span><\/p>\n

Con estas membranas comerciales se han conseguido ya a d\u00eda de hoy resultados muy prometedores al medir en pila de combustible. Por ejemplo con membranas Tokuyama se han obtenido picos de densidad de potencia m\u00e1xima de 450 mW cm-2<\/sup> y 340 mW cm-2<\/sup> en H2<\/sub>\/O2<\/sub> y H2<\/sub>\/aire (libre de CO2<\/sub>) respectivamente, a 50\u00baC.7<\/sup> Tambi\u00e9n se estudia la posibilidad de utilizar alcoholes como combustible (que se ve especialmente favorecida en medio b\u00e1sico como antes se ha mencionado), un ejemplo de los buenos resultados obtenidos en este campo son los 165 mW cm-2<\/sup> que se han conseguido obtener con una membrana Tokuyama A-006 a 80\u00baC alimentada con etanol al 10% y O2<\/sub>.8<\/sup><\/span><\/p>\n

Como conclusi\u00f3n se puede afirmar que aunque las membranas de intercambio ani\u00f3nico alcalinas aun no tienen un uso extenso para su aplicaci\u00f3n en pila de combustible, s\u00ed que empieza a haber membranas comerciales con buenas caracter\u00edsticas y en el futuro seguramente puedan desarrollarse hasta igualar o superar a las de intercambio cati\u00f3nico.<\/span><\/p>\n

\u00a0<\/span>Bibliograf\u00eda<\/span><\/strong><\/p>\n

1.\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Zarrin, H., Jiang, G., Lam, G. Y.-Y., Fowler, M. & Chen, Z. High performance porous polybenzimidazole membrane for alkaline fuel cells. Int. J. Hydrogen Energy<\/em> 39,<\/strong> 18405\u201318415 (2014).<\/span><\/p>\n

2.\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Ren, X., Price, S. C., Jackson, A. C., Pomerantz, N. & Beyer, F. L. Highly conductive anion exchange membrane for high power density fuel-cell performance. ACS Appl. Mater. Interfaces<\/em> 6,<\/strong> 13330\u20133 (2014).<\/span><\/p>\n

3.\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Gopi, K. H., Peera, S. G., Bhat, S. D., Sridhar, P. & Pitchumani, S. 3-Methyltrimethylammonium poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) based anion exchange membrane for alkaline polymer electrolyte fuel cells. Bull. Mater. Sci.<\/em> 37,<\/strong> 877\u2013881 (2014).<\/span><\/p>\n

4.\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Follain, N. et al.<\/em> Water Transport Properties of Plasma-Modified Commercial Anion-Exchange Membrane for Solid Alkaline Fuel Cells. J. Phys. Chem. C<\/em> 116,<\/strong> 8510\u20138522 (2012).<\/span><\/p>\n

5.\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Kruusenberg, I. et al.<\/em> Highly active nitrogen-doped nanocarbon electrocatalysts for alkaline direct methanol fuel cell. J. Power Sources<\/em> 281,<\/strong> 94\u2013102 (2015).<\/span><\/p>\n

6.\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Pandey, T. P., Peters, B. D., Liberatore, M. W. & Herring, A. M. Insight on Pure vs Air Exposed Hydroxide Ion Conductivity in an Anion Exchange Membrane for Fuel Cell Applications. ECS Trans.<\/em> 64,<\/strong> 1195\u20131200 (2014).<\/span><\/p>\n

7.\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Varcoe, J. R. et al.<\/em> Anion-exchange membranes in electrochemical energy systems. Energy Environ. Sci.<\/em> 7,<\/strong> 3135\u20133191 (2014).<\/span><\/p>\n

8.\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Bianchini, C. & Shen, P. K. Palladium-based electrocatalysts for alcohol oxidation in half cells and in direct alcohol fuel cells. Chem. Rev.<\/em> 109,<\/strong> 4183\u20134206 (2009). <\/span><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Autores: D. Herranz, P. Oc\u00f3n. Universidad Aut\u00f3noma de Madrid En los \u00faltimos a\u00f1os ha aumentado el inter\u00e9s a escala mundial sobre las membranas de intercambio ani\u00f3nicas debido a su potencial en sistemas electroqu\u00edmicos de conversi\u00f3n y almacenamiento de energ\u00eda, lo cual se ha traducido en un importante desarrollo de la investigaci\u00f3n y comercializaci\u00f3n de las mismas. Las membranas de intercambio ani\u00f3nicas o alcalinas tienen distintos usos en la actualidad, entre los cuales cabe destacar: electrodeionizaci\u00f3n (usado para purificaci\u00f3n del agua), electrocoating (para sistemas de pintura an\u00f3dica y cat\u00f3dica), electr\u00f3lisis (obtenci\u00f3n a partir de agua de hidr\u00f3geno y ox\u00edgeno puros), electrodi\u00e1lisis\u2026<\/p>\n","protected":false},"author":29,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"ngg_post_thumbnail":0},"categories":[1784,547],"tags":[],"blocksy_meta":{"styles_descriptor":{"styles":{"desktop":"","tablet":"","mobile":""},"google_fonts":[],"version":4}},"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/132580"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/users\/29"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=132580"}],"version-history":[{"count":19,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/132580\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":132617,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/132580\/revisions\/132617"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=132580"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=132580"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=132580"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}