Las pilas de combustible más eficientes y duraderas son esenciales para que los vehículos pesados de hidrógeno propulsados por pilas de combustible reemplacen a los vehículos de combustión. Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia han desarrollado un método innovador para estudiar y comprender cómo se degradan partes de las pilas de combustible con el tiempo. Este es un paso importante para hacer que las pilas de combustible sean más eficientes y comercialmente exitosas.
El hidrógeno es un combustible alternativo cada vez más interesante para los vehículos pesados. Los vehículos propulsados por hidrógeno solo emiten vapor de agua como escape y, si el hidrógeno se produce utilizando energía renovable, está completamente libre de emisiones de dióxido de carbono. A diferencia de los vehículos eléctricos que funcionan con baterías, los vehículos propulsados por hidrógeno no necesitan sobrecargar la red eléctrica, ya que el hidrógeno se puede producir y almacenar cuando la electricidad es barata. La propulsión de algunos vehículos propulsados por hidrógeno proviene de la llamada pila de combustible. Sin embargo, los vehículos propulsados por pilas de combustible de hidrógeno están limitados por su vida útil relativamente corta, ya que los componentes de las pilas de combustible, como electrodos y membranas, se degradan con el tiempo. Este es el problema que ha abordado un estudio reciente.
Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers han desarrollado un nuevo método para estudiar qué afecta el 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 estudió una pila de combustible entera desmontándola a intervalos regulares. Utilizando microscopios electrónicos avanzados, han podido seguir cómo el electrodo catódico se degrada en áreas específicas durante los ciclos de uso. Ya se han realizado estudios anteriores en las llamadas medias pilas, que son similares (pero no idénticas) a una media pila de combustible y se han realizado en condiciones que difieren significativamente de las de una pila de combustible real.
Mejor comprensión con un nuevo método experimental
El líder de la investigación, Björn Wickman, asociado, dice: “Anteriormente se suponía que separar la pila de combustible afectaría el rendimiento y estudiarla de la manera que lo hemos hecho, pero resulta que esta hipótesis no es cierta, lo cual es sorprendente”, dice líder de investigación Björn Wickman, asociado. Profesor de Física en Chalmers.
Los investigadores de Chalmers han podido explorar cómo el material de una pila de combustible se degrada tanto a nivel nano como micro, identificando cuándo y dónde se produce la degradación. Esto proporciona información valiosa para el desarrollo de pilas de combustible nuevas y mejoradas con vidas más largas.
“Antes sólo veíamos cómo crecía una pila de combustible después de su uso, ahora podemos observar la etapa intermedia”, dice Lenya Strandberg, estudiante de doctorado en Chalmers. “Poder seguir una sola partícula seleccionada dentro de una región específica proporciona una comprensión mucho mejor de los procesos de degradación. Un mayor conocimiento sobre ellos puede ayudar a diseñar o controlar nuevos materiales para las pilas de combustible. Un paso importante en el camino hacia la adaptación es la pila de combustible. “.
El nuevo método allana el camino para la creación de pilas de combustible duraderas.
El Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) ha identificado que mejorar la vida útil de las pilas de combustible es uno de los objetivos más importantes a alcanzar antes de que los vehículos de hidrógeno propulsados por pilas de combustible tengan éxito comercial. Según la industria, un camión debe soportar entre 20.000 y 30.000 horas de conducción durante su vida útil, algo que un camión de hidrógeno propulsado por pila de combustible no puede lograr hoy en día.
“Ahora hemos sentado una base sobre la cual construir el desarrollo de mejores pilas de combustible. Ahora sabemos más sobre los procesos que tienen lugar en una pila de combustible y en qué momento de la vida de la pila de combustible ocurren. En el futuro, Según Björn Wickman, este método se utilizará para desarrollar y estudiar nuevos materiales que puedan hacer que las pilas de combustible duren más.
Hechos: cómo funciona una pila de combustible
El núcleo de una pila de combustible consta de tres capas activas, dos electrodos (ánodo y cátodo, respectivamente) con una membrana conductora de iones en el medio. Cada celda individual proporciona un voltaje de aproximadamente 1 voltio. Los electrodos contienen un material catalizador y se les añade hidrógeno y oxígeno. El proceso electroquímico resultante produce agua limpia y electricidad que se pueden utilizar para impulsar un vehículo.
Más sobre la investigación:
El grupo de investigación de Chalmers que desarrolló el método incluye a la estudiante de doctorado Lina Strandberg y al profesor asociado Bjorn Wickman, ambos en el Departamento de Física, Viktor Schöchen, ex postdoctorado en el Departamento de Física, y Magnus Skoglund, profesor del Departamento de Química. e ingeniería química.
El proyecto contó con el apoyo financiero de la Fundación Sueca para la Investigación Estratégica y el Consejo Sueco de Investigación y se llevó a cabo dentro del Centro de Competencia para Catálisis, organizado por la Universidad Tecnológica de Chalmers y financiado por la Agencia Sueca de Energía y miembro del apoyo de las empresas Johnson Matthey, Presthorp. . , Powercell, Prem, Scania CV, Umicore y Volvo Group.
La microscopía electrónica de barrido y la microscopía electrónica de transmisión se realizaron en el Laboratorio de Análisis de Materiales Chalmers (CMAL).
