Las pilas de combustible podrían algún día generar electricidad para casi cualquier dispositivo que funcione con baterías, incluidos los automóviles, laptops y celulares. Normalmente se usa hidrógeno como combustible y aire como oxidante, Las pilas de combustible son más limpias que los motores de combustión interna porque producen energía a través de reacciones electroquímicas. Dado que el agua es su producto principal, reducen considerablemente la contaminación.

Un problema que afecta la vida útil de la pila de combustible es la oxidación, o avería, de su membrana central de electrolitos. El proceso conduce a la formación de agujeros en la membrana y, en última instancia, puede provocar un cortocircuito químico.

Un equipo de ingenieros de la Universidad de Washington en St. Louis ha desarrollado una nueva forma de observar la velocidad a la que se produce la oxidación. Usando espectroscopía de fluorescencia dentro de la celda de combustible, son capaces de sondear la formación de las sustancias químicas responsables de la oxidación, a saber, radicales libres, durante la operación. La técnica podría cambiar las reglas del juego cuando se trata de comprender cómo se descomponen las células, y diseñar estrategias de mitigación que extenderían la vida útil de la pila de combustible.

"Si compras un dispositivo, un automóvil, un teléfono celular:desea que dure el mayor tiempo posible, "dijo Vijay Ramani, los profesores Roma B. y Raymond H. Wittcoff Distinguido de Medio Ambiente y Energía en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas. "Desafortunadamente, los componentes de una pila de combustible pueden degradarse, y no es una solución fácil. Lo que hace nuestra nueva investigación es realmente arrojar luz sobre uno de los modos por los que estos dispositivos pueden fallar, permitiéndonos descubrir métodos para que podamos mejorar la vida útil de los dispositivos que utilizan estas pilas de combustible ".

La investigación, publicado este verano en la revista ChemSusChem , es el primero en utilizar un enfoque in situ para examinar las membranas internas de la celda de combustible. Se incorpora un tinte fluorescente y se usa como marcador para determinar la velocidad a la que se generan los radicales libres dañinos durante la operación.

"Al utilizar espectroscopía de fluorescencia junto con una fibra óptica, podemos cuantificar los radicales libres oxidativos generados dentro de la pila de combustible, que funcionan para romper las membranas, "dijo Yunzhu Zhang, un candidato a doctorado en el laboratorio de Ramani, y coautor del estudio.

Una vez que pudieron observar el funcionamiento interno de la celda de combustible, los investigadores notaron que cuanto más débil es la luz emitida por la membrana de la celda de combustible, cuanto mayor sea el colapso que se produzca desde dentro.

"Podemos ver que este proceso ocurre en tiempo real, "dijo Shrihari Sankarasubramanian, un investigador postdoctoral que colaboró ​​con el proyecto.

Hasta ahora, Los investigadores que examinaron la avería de la pila de combustible se basaron en las emisiones de la celda para determinar qué reacciones químicas podrían haber sido las culpables de las roturas de la membrana. Dicen que este nuevo enfoque les permite centrarse en los factores que tienen lugar en el interior para una mejor evaluación.

"Dado que los radicales libres que causan la degradación de la membrana de la celda de combustible tienen una vida tan corta, y las membranas de intercambio aniónico son tan delgadas, nuestro novedoso enfoque in situ es clave para un mejor estudio, comprender y prevenir las averías químicas que se producen durante el funcionamiento de la pila de combustible, "dijo Javier Parrondo, investigadora postdoctoral y coautora de la investigación.

"El siguiente paso es introducir sustancias químicas antioxidantes dentro de las membranas de la celda de combustible, para ver si pueden reducir la velocidad a la que estas membranas se rompen, "Dijo Ramani.