{"id":133273,"date":"2016-11-13T09:58:01","date_gmt":"2016-11-13T08:58:01","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=133273"},"modified":"2016-11-14T10:18:34","modified_gmt":"2016-11-14T09:18:34","slug":"tipos-de-membranas-alcalinas-usadas-en-celdas-de-combustible","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2016\/11\/13\/133273","title":{"rendered":"Tipos de membranas alcalinas usadas en celdas de combustible"},"content":{"rendered":"

[Autores: D. Herranz, P. Oc\u00f3n-Universidad Aut\u00f3noma de Madrid]<\/span><\/strong><\/p>\n

En el panorama actual de b\u00fasqueda de alternativas para el modelo de producci\u00f3n, transformaci\u00f3n y consumo de energ\u00eda las pilas de combustible son una tecnolog\u00eda prometedora para aplicaciones tanto de transporte como estacionarias. Las ventajas principales de esta tecnolog\u00eda son la posibilidad de alcanzar eficiencias m\u00e1s altas que los convencionales motores de combusti\u00f3n (los cuales est\u00e1n limitados por el ciclo de Carnot) y el hecho de ser una tecnolog\u00eda menos contaminante y por tanto m\u00e1s sostenible1<\/sup>2<\/sup>.<\/span><\/p>\n

Dentro de las pilas de combustible, las que se utilizan en el rango de baja temperatura (entre temperatura ambiente y 100\u00baC aproximadamente) se dividen en dos tipos, dependiendo de la carga de los iones que conduzcan a trav\u00e9s de la membrana3<\/sup>: pilas de combustible con membranas de intercambio prot\u00f3nico (PEMFCs por sus siglas en ingl\u00e9s de proton Exchange membrane fuel cells) y pilas de combustible con membranas de intercambio alcalinas (AEMFCs por sus siglas en ingl\u00e9s de alkaline exchange membrane fuel cells). Las pilas de combustible alcalinas presentan ventajas importantes como unas mejores cin\u00e9ticas de reacci\u00f3n para la reducci\u00f3n del ox\u00edgeno y el uso de catalizadores basados en metales no nobles con la reducci\u00f3n de costes que esto conlleva; a pesar de ello tienen en contra que a d\u00eda de hoy aun no tienen una potencia comparable a las PEMFCs principalmente por tener menor conductividad i\u00f3nica a trav\u00e9s de la membrana. Para superar esta barrera en la actualidad se est\u00e1 estudiando como sintetizar membranas con mejores conductividades, manteniendo una buena estabilidad en medio alcalino y adecuadas propiedades mec\u00e1nicas para poder soportar las condiciones de uso en la celda de combustible. Otras funciones que deben cumplir las membranas, adem\u00e1s de la r\u00e1pida conducci\u00f3n de los iones, son ser aislantes el\u00e9ctricamente para separar de forma efectiva el c\u00e1todo del \u00e1nodo, presentar en menor cruce de flujos posible de combustible y corriente oxidante y ser lo m\u00e1s fina posible (aproximadamente entre 50 y 80\u03bc). En la actualidad hay muchos tipos de membranas alcalinas distintos, la mayor\u00eda de los cuales son descritos a continuaci\u00f3n atendiendo especialmente a su estructura final. La mayor\u00eda de las membranas alcalinas pueden ser clasificadas dentro de los tres siguientes grupos4<\/sup>: membranas heterog\u00e9neas, redes de pol\u00edmeros entrecruzados y membranas homog\u00e9neas.<\/span><\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Las membranas heterog\u00e9neas se definen por estar compuestas por un material de intercambio de aniones embebido en un compuesto inerte. Seg\u00fan el tipo de compuesto inerte se dividen a su vez en pol\u00edmeros solvatando iones (ISP por las siglas en ingl\u00e9s de ion-solvating polymers) si es una sal y membranas h\u00edbridas (hybrid membranes) si se trata de un segmento inorg\u00e1nico. En las membranas con pol\u00edmeros solvatando iones se crean enlaces donador-aceptor entre \u00e1tomos electronegativos de la cadena y los cationes de la sal, esta interacci\u00f3n permite que los aniones puedan moverse a trav\u00e9s de la membrana pasando de un cati\u00f3n a otro. En las membranas h\u00edbridas generalmente la parte org\u00e1nica proporciona las propiedades electroqu\u00edmicas y la parte inorg\u00e1nica (silano o siloxano) las mec\u00e1nicas. La mayor\u00eda de las veces las membranas h\u00edbridas son sintetizadas por proceso sol-gel, pero hay otras rutas posibles como intercalaci\u00f3n, mezcla, polimerizaci\u00f3n in situ y auto-ensamblado molecular.<\/span><\/p>\n

En las redes de pol\u00edmeros entrecruzados (IPN por sus siglas de ingl\u00e9s de interpenetrated polymer network) se da la combinaci\u00f3n de dos pol\u00edmeros de forma que conforman una estructura de red cuando al menos uno de los dos es sintetizado o entrecruzado consigo mismo en presencia del otro, de forma que no hay ning\u00fan enlace covalente entre ambos pol\u00edmeros. La ventaja de esta estructura frente a otras en la que hay mezclas de pol\u00edmeros es que normalmente en presencia de solvente se hincha, pero no se disuelve y se previene el deslizamiento y flujo de los pol\u00edmeros implicados. Aunque este tipo de membranas suelen tener mejores conductividades que las heterog\u00e9neas, en general son insuficientes para su aplicaci\u00f3n en pila de combustible.<\/span><\/p>\n

A diferencia de las anteriores, las membranas homog\u00e9neas consisten exclusivamente en el material de intercambio ani\u00f3nico, que forma un sistema de una sola fase. En estas membranas las cargas cati\u00f3nicas est\u00e1n covalentemente unidas al esqueleto polim\u00e9rico mientras que los contra iones m\u00f3viles preservan la electroneutralidad del pol\u00edmero en su conjunto. La estabilidad por tanto en medio alcalino ha de ser considerada tanto para el esqueleto polim\u00e9rico como para las cargas fijas. De acuerdo al modo de producci\u00f3n y los materiales de inicio las membranas homog\u00e9neas pueden ser divididas en tres tipos: el primero son las preparadas por polimerizaci\u00f3n o policondensaci\u00f3n de mon\u00f3meros, en las cuales el mon\u00f3mero tiene o puede tener un grupo de intercambio ani\u00f3nico y puede ser copolimerizado con otros mon\u00f3meros funcionalizados (o no funcionalizados) para crear la membrana; el segundo son las membranas formadas por introducci\u00f3n de partes cati\u00f3nicas por modificaci\u00f3n qu\u00edmica de un pol\u00edmero, los pol\u00edmeros m\u00e1s comunes en los cuales se introducen grupos cati\u00f3nicos son el estireno, poli\u00e9teres alif\u00e1ticos, polipropileno, polivinilalcohol, Chitosan, polietilen-glicol, l\u00edquidos i\u00f3nicos, pol\u00edmeros de \u00e9teres arom\u00e1ticos y otros;\u00a0 <\/span>el tercer tipo son las membranas sintetizadas por introducci\u00f3n<\/span>\u00a0 <\/span>de grupos cati\u00f3nicos en una pel\u00edcula\/membrana ya formada, pudiendo meter directamente el mon\u00f3mero con el grupo cati\u00f3nico o un mon\u00f3mero que pueda despu\u00e9s ser modificado. Para introducir el mon\u00f3mero en el pol\u00edmero se pueden usar distintos m\u00e9todos como radiaci\u00f3n con haz de electrones, luz UV o plasma. En comparaci\u00f3n con los sistemas descritos anteriormente, las membranas homog\u00e9neas suelen ofrecer los mejores resultados en pila de combustible, en parte gracias a la homogeneidad en la distribuci\u00f3n de los grupos cati\u00f3nicos fijos en toda la membrana.<\/span><\/p>\n

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

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

2.\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 <\/span>Xuebao, H. & Hong-ying, H. O. U. Recent Research Progress in Alkaline Polymer Electrolyte Membranes for Alkaline Solid Fuel Cells. <\/span>30,<\/span><\/strong> 1393\u20131407 (2014).<\/span><\/p>\n

3.\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 <\/span>Steele, B. C. & Heinzel, A. Materials for fuel-cell technologies. <\/span>Nature<\/span><\/em>414,<\/span><\/strong> 345\u2013352 (2001).<\/span><\/p>\n

4.\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 <\/span>Merle, G., Wessling, M. & Nijmeijer, K. Anion exchange membranes for alkaline fuel cells: A review. <\/span>J. Memb. Sci.<\/span><\/em>377,<\/span><\/strong> 1\u201335 (2011).<\/span><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

[Autores: D. Herranz, P. Oc\u00f3n-Universidad Aut\u00f3noma de Madrid] En el panorama actual de b\u00fasqueda de alternativas para el modelo de producci\u00f3n, transformaci\u00f3n y consumo de energ\u00eda las pilas de combustible son una tecnolog\u00eda prometedora para aplicaciones tanto de transporte como estacionarias. Las ventajas principales de esta tecnolog\u00eda son la posibilidad de alcanzar eficiencias m\u00e1s altas que los convencionales motores de combusti\u00f3n (los cuales est\u00e1n limitados por el ciclo de Carnot) y el hecho de ser una tecnolog\u00eda menos contaminante y por tanto m\u00e1s sostenible12. Dentro de las pilas de combustible, las que se utilizan en el rango de baja temperatura\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":[1784,543,547],"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\/133273"}],"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=133273"}],"version-history":[{"count":9,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/133273\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":133287,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/133273\/revisions\/133287"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=133273"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=133273"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=133273"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}