Membranas nanoestructuradas para celdas de combustible
Bajo esta consideración y en el marco del proyecto ZEOCELL , financiado por la UE, se han investigado las propiedades de varios materiales multifuncionales nanoestructurados con relación a su funcionamiento a alta temperatura. El objetivo con ZEOCELL ha sido dotar a las membranas de las celdas de combustible de una conductividad iónica igual o superior a 100 miliSiemens (mS)/cm, junto con una buena estabilidad química, mecánica y térmica. Otras propiedades importantes son una durabilidad de al menos 1 000 horas de funcionamiento a temperaturas de entre 130 y 200 °C, una baja tasa de cruce del combustible y unos costes de fabricación por debajo de los 400 €/m2. A tal efecto, en el ámbito de ZEOCELL se han desarrollado y estudiado exhaustivamente siete composiciones distintas para las membranas electrolíticas que utilizan alguno o varios de los siguientes materiales: polibencimidazol (PBI) poroso, líquidos iónicos próticos (PIL) y zeolitas/zeotipos microporosos. Se han evaluado en profundidad sus propiedades morfológicas, fisicoquímicas, mecánicas y electroquímicas. La arquitectura de la membrana polimérica es crítica para el transporte de protones. Por esa razón se han desarrollado películas de PBI con poros aleatorios y rectilíneos para emplearlas como soportes de los conductores de protones. Se han establecido protocolos de funcionalización adecuados para los materiales microporosos, utilizando técnicas de injerto y grabación. Se han estudiado asimismo otros aspectos que afectan al rendimiento utilizando el dopado con ácido fosfórico, la inserción de PIL y la adición de rellenos inorgánicos como las zeolitas microporosas o los nanocristales de silicato de titanio. Las películas de líquidos iónicos poliméricos sobre soportes de PBI con porosidad aleatoria han demostrado poseer la mejor conductividad (por encima de 275 mS/cm) después de mil horas en funcionamiento. Se han desarrollado membranas híbridas a partir de PBI poroso dopado con ácido y materiales microporosos que presentan buena conductividad. Su tasa de cruce de combustible también es adecuada. Con ZEOCELL se ha logrado demostrar la prueba del concepto y un rendimiento superior en comparación a los electrodos de membrana comerciales. Sin embargo, es necesario proseguir con el trabajo para aumentar la durabilidad y reducir la tasa de cruce del combustible a temperaturas por encima de los 120 °C, todo ello mediante la optimización de los electrodos y unos mejores componentes para las celdas de combustible. Las evaluaciones de costes y los análisis de negocio resultan alentadores de cara a los sistemas microcombinados de calefacción y generación y a los sistemas de alimentación ininterrumpida para telecomunicaciones. La fabricación en masa de PEMFC para alta temperatura será competitiva de cara al mercado mundial una vez se logren resolver los aspectos pendientes de la durabilidad. También se podrá considerar aplicar los materiales diseñados bajo ZEOCELL a la separación de fases gas/líquido, a las baterías de ión litio, a la adsorción y catálisis, a las microceldas de combustible y a dispositivos «lab-on-chip».
