Nuevas membranas conductoras de aniones para electrólisis
Rentable y respetuoso con el medio ambiente
Cómo producir hidrógeno de forma rentable y sostenible es una de las cuestiones centrales de la transición energética. Las membranas altamente conductoras para electrolizadores son un componente clave de la tecnología del hidrógeno. Un equipo de investigadores del Instituto Fraunhofer de Investigación Aplicada de polímeros IAP, junto con Zentrum für Brennstoffzellen Technik ZBT GmbH, ha desarrollado ahora unas innovadoras membranas de intercambio aniónico (AEM) que permiten reducir los costes de los electrolizadores y aprovechar el potencial del hidrógeno como fuente de energía climáticamente neutra de forma respetuosa con el medio ambiente.
Los investigadores del Fraunhofer IAP lograron sintetizar una nueva clase de polímeros de intercambio aniónico prometedores y fabricar membranas con ellos. Son la base para el desarrollo de electrolizadores eficientes y de bajo coste, los llamados electrolizadores de agua con membrana de intercambio aniónico (AEM-WE). "Nuestras membranas permiten fabricar AEM-WE que, en principio, no requieren metales preciosos y no contienen sustancias perfluoroalquiladas ni polifluoroalquiladas (PFAS). De este modo, estamos allanando el camino para arquitecturas de sistemas innovadoras que sean a la vez baratas y respetuosas con el medio ambiente", afirma la Dra. Taybet Bilkay-Troni, directora del departamento de Polímeros y Electrónica del Fraunhofer IAP, explicando las ventajas de la novedosa tecnología de polímeros. El desarrollo de los nuevos polímeros de intercambio aniónico y las membranas resultantes es un paso importante para la industria del hidrógeno en Alemania. "Tanto los fabricantes de electrolizadores como sus proveedores se beneficiarán de los conocimientos que hemos adquirido", subraya Bilkay-Troni.
Rentables y respetuosas con el medio ambiente
Las membranas disponibles en la actualidad se basan en el principio de conducción de protones utilizado en la electrólisis del agua con membranas de intercambio de protones (PEM-WE). Para ello se necesitan catalizadores de metales preciosos caros, como el iridio. Estas membranas también contienen una elevada proporción de PFAS, que se degradan mal en el medio ambiente y se sospecha que pueden provocar cáncer. En cambio, las nuevas membranas de intercambio aniónico permiten la electrólisis con metales de transición baratos. No contienen PFAS y, por tanto, son aplicables de acuerdo con el proceso de restricción de PFAS previsto en el reglamento REACH de la UE sobre sustancias químicas más allá de 2025.
Hasta ahora, el desarrollo de AEM carecía de materiales altamente conductores que fueran químicamente estables y pudieran soportar las condiciones de los electrolizadores alcalinos y las pilas de combustible. "Ahora estamos cerrando esta brecha con nuestros nuevos polímeros", explica Bilkay-Troni. Las nuevas polifenilquinoxalinas (PPQ) sin PFAS presentan una estabilidad alcalina muy buena. Basándose en las PPQ, el equipo del Fraunhofer IAP creó membranas conductoras de iones de hidróxido adecuadas para aplicaciones en electrolizadores. El rendimiento se evaluó mediante ensayos in situ realizados por el Zentrum für Brennstoffzellen Technik ZBT GmbH. En funcionamiento de electrólisis, las nuevas membranas alcanzan una densidad de corriente de 0,5 amperios por centímetro cuadrado a una tensión de dos voltios. La conductividad específica para iones hidróxido de las membranas de nuevo desarrollo es de unos ocho milisiemens por centímetro a 60 grados centígrados y 95% de humedad relativa. "Las membranas se están perfeccionando para aumentar su conductividad aniónica. El objetivo es alcanzar los 40 milisiemens por centímetro en las mismas condiciones para ser competitivos con los materiales AEM precomerciales. Con los nuevos polímeros, estamos en el buen camino para mejorar significativamente la conductividad, la estabilidad y, por tanto, el rendimiento de los electrolizadores. Además, estos materiales AEM podrían utilizarse también en pilas de combustible en el futuro", resumen el Dr. Ivan Radev y Miriam Hesse, directores de proyecto del Zentrum für Brennstoffzellen Technik ZBT GmbH.
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