Nuevos materiales iónicos aumentan la eficiencia de las pilas de combustible de hidrógeno
Este avance contribuye a acelerar el progreso hacia soluciones energéticas sostenibles en línea con los esfuerzos mundiales hacia la descarbonización
Un equipo de investigadores del UNIST ha logrado un avance revolucionario en la mejora de la eficiencia de las pilas de combustible de hidrógeno, que están cobrando gran importancia como fuentes de energía ecológicas de nueva generación.
El profesor Myoung Soo Lah y su equipo de investigación del Departamento de Química del UNIST
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Ilustración esquemática de las propiedades de la HSA y de la metodología de síntesis
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Dirigido por el profesor Myoung Soo Lah, del Departamento de Química del UNIST, el equipo ha desarrollado con éxito materiales electrolíticos sólidos utilizando marcos metal-orgánicos (MOF). Este innovador método mejora notablemente la conductividad de los iones de hidrógeno en el electrolito sólido empleado en las pilas de combustible de hidrógeno. Además, el equipo de investigación introdujo moléculas huésped de baja acidez, lo que supone un logro pionero entre los intermediarios utilizados para este fin. Mediante la aplicación de una novedosa metodología que aumenta el número de moléculas huésped en el interior de los poros del MOF, consiguieron mejorar la conductividad de los iones hidrógeno.
Las pilas de combustible de hidrógeno son dispositivos de generación de energía altamente eficientes y respetuosos con el medio ambiente que convierten directamente la energía química derivada de las reacciones entre el hidrógeno y el oxígeno en energía eléctrica. En la actualidad, las pilas de combustible de membrana de intercambio protónico emplean principalmente Nafion como material electrolítico debido a su estabilidad térmica, mecánica y química, junto con su alta conductividad de iones de hidrógeno. Sin embargo, estos sistemas se enfrentan a limitaciones en cuanto a su rango de temperaturas de funcionamiento y carecen de claridad sobre sus mecanismos de mejora del rendimiento.
El equipo de investigación se fijó en los MOF como posibles alternativas. Los MOF son materiales compuestos por grupos de metales interconectados por ligandos orgánicos para formar una estructura porosa. Con excelentes propiedades de estabilidad química y térmica, los MOF han suscitado recientemente un gran interés para su uso en aplicaciones de pilas de combustible. Además, cuando se generan, los MOFs poseen poros de distintos tamaños que pueden utilizarse para desarrollar materiales con alta conductividad de iones hidrógeno introduciendo moléculas huésped a través de estos canales.
En este estudio, realizado por el equipo de investigación del UNIST dirigido por los miembros del grupo del profesor Myoung Soo Lah, se introdujo ácido sulfámico zwitteriónico -una sustancia iónica anfótera de baja acidez que posee cargas positivas y negativas- como moléculas invitadas en dos tipos de MOF, el MOF-808 y el MIL-101. El ácido sulfámico, una molécula invitada con una excepcional capacidad de enlace de hidrógeno en varias formas, funciona eficazmente como medio para transferir iones de hidrógeno. Aumentando la cantidad de ácido sulfámico en los poros de los MOF, el equipo logró desarrollar materiales de alta conductividad de iones hidrógeno (con niveles de 10-1 Scm-1 o superiores). Además, estos materiales mostraron una notable durabilidad, ya que mantuvieron la conductividad de los iones hidrógeno durante un periodo prolongado.
Los resultados de la investigación son muy prometedores para mejorar la eficiencia y el rendimiento de las pilas de combustible de hidrógeno mediante la utilización de estructuras metalorgánicas. Este avance contribuye a acelerar el progreso hacia soluciones energéticas sostenibles en consonancia con los esfuerzos mundiales hacia la descarbonización.
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Publicación original
Amitosh Sharma, Jaewoong Lim, Seonghwan Lee, Seungwan Han, Junmo Seong, Seung Bin Baek, Myoung Soo Lah; "Back Cover: Superprotonic Conductivity of MOFs Confining Zwitterionic Sulfamic Acid as Proton Source and Conducting Medium (Angew. Chem. Int. Ed. 29/2023)"; Angewandte Chemie International Edition, Volume 62, 2023-6-20
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