Vidrio polimérico de coordinación para celdas de combustible de hidrógeno

Las células de combustible de hidrógeno construidas con membranas de vidrio polimérico de coordinación podrían producir tanta energía como las que usan líquido, a la vez que dotan a las células de resistencia y flexibilidad.

Los científicos del Instituto de Ciencias Integradas de Materiales Celulares de Japón (iCeMS) están realizan esfuerzos para sintetizar materiales más fuertes y eficientes para las membranas de las celdas de combustible de hidrógeno. La mayoría de las células que se encuentran en el mercado emplean membranas líquidas. Una nueva membrana de vidrio polimérico de coordinación, publicada en la revista Chemical Science, funciona tan bien como sus contrapartes líquidas con mayor resistencia y flexibilidad.

Las celdas de combustible de hidrógeno se alimentan de hidrógeno y oxígeno para producir electricidad, con agua como su único subproducto. Estas celdas de combustible contienen ‘membranas conductoras de protones’ que facilitan la separación de partículas positivas y negativas de hidrógeno, protones y electrones, un proceso que finalmente conduce a la producción de electricidad.

Los protones necesitan moverse fácilmente a través de estas membranas para que el proceso sea eficiente. Las membranas conductoras de protones actuales están hechas de líquidos y no pueden funcionar eficazmente en condiciones secas, lo que hace que su fabricación sea complicada y costosa. Los científicos están buscando formas de fabricar membranas sólidas hechas de electrolitos libres de agua que proporcionen una mejor estabilidad mecánica y térmica que las líquidas, pero también son rentables y aún conducen bien los protones.

Horike, Tomohiro Ogawa y sus colegas en Japón fabricaron su membrana de vidrio polimérico de coordinación al mezclar un ‘líquido iónico prótico’ con iones de zinc. Los líquidos iónicos próticos son sales líquidas hechas mediante la mezcla de un ácido y una base. El equipo utilizó un líquido iónico prótico llamado dihidrógeno fosfato de dietilmetilamonio. Agregar zinc a este líquido condujo a la formación de un vidrio de polímero sólido y elástico.

La estructura molecular del vidrio polimérico de coordinación facilitó el movimiento de protones a través de él en condiciones secas a 120 °C. Cuando se probó en una celda de combustible de hidrógeno, produjo un alto voltaje (0,96 voltios), muy dentro del rango de las típicas membranas de electrolitos poliméricos. Su potencia de salida también fue similar a las membranas de Nafion comúnmente utilizadas.

Estos hallazgos ofrecen un enfoque interesante para usar polímeros de vidrio en aplicaciones de celdas de combustible. El equipo planea continuar su trabajo con el objetivo de lograr membranas de celdas de combustible con mayor rendimiento y estabilidad a largo plazo.

El trabajo puede leerse aquí: «Coordination polymer glass from a protic ionic liquid: proton conductivity and mechanical properties as an electrolyte» Authors: Tomohiro Ogawa, Kazuki Takahashi, Sanjog S. Nagarkar, Koji Ohara, You-lee Hong, Yusuke Nishiyama and Satoshi Horike DOI: 10.1039/d0sc01737j