Un método que allana el camino para mejorar los vehículos de pila de combustible
Unas pilas de combustible más eficientes y duraderas son esenciales para que los vehículos pesados de hidrógeno impulsados por pilas de combustible sean una alternativa a sus homólogos de combustión. Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers (Suecia) han desarrollado un método innovador para estudiar y comprender cómo se degradan con el tiempo los componentes de las pilas de combustible. Se trata de un paso importante hacia la mejora del rendimiento de las pilas de combustible y su éxito comercial.
Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers (Suecia) han desarrollado un método innovador para estudiar y comprender cómo se degradan con el tiempo las pilas de combustible, utilizando microscopios electrónicos avanzados . Ilustración de una muestra de capa catalizadora en una rejilla de microscopio electrónico de transmisión, colocada entre un electrodo y una capa de difusión de gas. Crédito
Chalmers University of Technology | Linnéa Strandberg and Victor Shokhen
El hidrógeno es una alternativa de combustible cada vez más interesante para los vehículos pesados. Los vehículos propulsados por hidrógeno sólo emiten vapor de agua como gas de escape y, si el hidrógeno se produce utilizando energías renovables, está totalmente libre de emisiones de dióxido de carbono. A diferencia de los vehículos eléctricos de batería, los de hidrógeno no necesitan cargar la red eléctrica, ya que el hidrógeno puede producirse y almacenarse cuando la electricidad es barata. En algunos vehículos impulsados por hidrógeno, la propulsión procede de la llamada pila de combustible. Sin embargo, los vehículos impulsados por pilas de combustible de hidrógeno están limitados por una vida útil relativamente corta, ya que los componentes de las pilas de combustible, como los electrodos y las membranas, se degradan con el tiempo. El reciente estudio aborda este problema.
Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers han desarrollado un nuevo método para estudiar qué afecta al envejecimiento de las pilas de combustible mediante el seguimiento de una partícula específica en la pila de combustible durante su uso. El equipo de investigadores ha estudiado una pila de combustible entera desmontándola a intervalos regulares. Utilizando microscopios electrónicos avanzados, han podido seguir cómo se degrada el electrodo catódico en zonas concretas durante los ciclos de uso. Los estudios anteriores se habían realizado en las llamadas semicélulas, que son similares (pero no iguales) a la mitad de una pila de combustible y se llevan a cabo en condiciones que difieren significativamente de la pila de combustible real.
Mejor comprensión con un nuevo método experimental
"Anteriormente se suponía que el rendimiento se vería afectado si la pila de combustible se desmontaba y estudiaba de la forma en que lo hemos hecho nosotros, pero ha resultado que esta suposición no es correcta, lo cual es sorprendente", afirma el líder de la investigación, Björn Wickman, profesor asociado del Departamento de Física de Chalmers.
Los investigadores de Chalmers han podido estudiar cómo se degrada el material de la pila de combustible a nivel nanométrico y micrométrico, y determinar exactamente cuándo y dónde se produce la degradación. Esto proporciona información valiosa para el desarrollo de pilas de combustible nuevas y mejoradas con una vida útil más larga.
"Antes sólo observábamos cómo envejecía la pila de combustible después de su uso, ahora hemos podido observar la fase intermedia", explica la estudiante de doctorado Linnéa Strandberg, de Chalmers. "Poder seguir una sola partícula elegida dentro de un área específica nos ha permitido comprender mucho mejor los procesos de degradación. Un mayor conocimiento de éstos es un paso importante en el camino hacia el diseño de nuevos materiales para pilas de combustible o para ajustar el control de la pila de combustible."
Un nuevo método abre el camino a pilas de combustible más duraderas
El Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE) ha señalado que la mejora de la vida útil de las pilas de combustible es uno de los objetivos más importantes que hay que alcanzar antes de que los vehículos de hidrógeno propulsados por pilas de combustible puedan tener éxito comercial. Según la industria, un camión tiene que ser capaz de soportar entre 20.000 y 30.000 horas de conducción a lo largo de su vida útil, algo que un camión de hidrógeno propulsado por pilas de combustible no puede conseguir hoy en día.
"Hemos sentado las bases sobre las que desarrollar mejores pilas de combustible. Ahora sabemos más sobre los procesos que tienen lugar en la pila de combustible y en qué momento de su vida útil se producen. En el futuro, el método se utilizará para desarrollar y estudiar nuevos materiales que puedan prolongar la vida útil de la pila de combustible", afirma Björn Wickman.
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