Inversiones renovadas en tecnologías e infraestructura de pilas de combustible de hidrógeno por parte de empresas como Amazon; naciones como China; y fabricantes de automóviles como Toyota, Honda, y Hyundai, están despertando ventas y un nuevo interés en las vastas posibilidades de las pilas de combustible de polímero-electrolito. El nuevo interés podría revolucionar el transporte y llenar las calles de vehículos cuyo único efluente es el vapor de agua.

Pero esa visión de limpio autos y camiones ecológicos se ve obstaculizado por la necesidad no solo de una inversión masiva en infraestructura, sino para procesos más eficientes en las propias células. Innovaciones que reducen el costo de producción, es decir, un precio de etiqueta más bajo, y que abren la puerta a más segmentos de vehículos, incluidos los coches de alto rendimiento, podría impulsar una mayor adopción.

Un equipo de investigadores de la NYU Tandon School of Engineering, dirigido por Miguel Modestino, profesor de ingeniería química y biomolecular, y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley ha creado un material polimérico novedoso con el potencial de resolver ambos problemas.

La investigación, "Ionómeros de ácido sulfónico perfluorado altamente permeables para dispositivos electroquímicos mejorados:información sobre las relaciones entre la estructura y las propiedades, "publicado en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense , se centra en un material híbrido que entrega grandes cantidades de oxígeno de la atmósfera a los sitios de reacción de los electrodos de la celda, lo que genera más energía, al tiempo que reduce la cantidad de materiales costosos como el platino que se necesitan en las celdas de combustible. potencialmente resolviendo un desafío importante de la industria.

Las pilas de combustible de hidrógeno comprenden un ánodo y un cátodo, con una membrana de electrolito entre ellos. La electricidad se produce en un proceso mediante el cual el hidrógeno reacciona en el ánodo y el oxígeno atmosférico en el cátodo. En este último sitio, los protones se combinan con el oxígeno para producir electricidad y agua. Los polímeros conductores de iones (ionómeros) se utilizan para llevar los protones a los sitios de reacción donde el oxígeno del aire debe penetrar a través de ellos para impulsar la reacción generadora de electricidad.

Actual, Los ionómeros disponibles comercialmente son típicamente polímeros de ácido sulfónico perfluorado (PFSA) que comprenden una estructura lineal en forma de cadena compuesta de una matriz de politetrafluoroetileno (PTFE), y grupos colgantes de ácido sulfónico unidos al esqueleto de PTFE que imparten conductividad iónica. Si bien esta compleja combinación, molecularmente similar al teflón, confiere una alta resistencia mecánica, La investigación muestra que sufre de baja permeabilidad al oxígeno, lo que lleva a importantes pérdidas de energía en las pilas de combustible.

Los investigadores, incluido Yoshi Okamoto, profesor de ingeniería química y director del Instituto de Investigación de Polímeros en NYU Tandon, y Ph.D. estudiante Adlai Katzenberg, que hizo la investigación como parte de una beca del Departamento de Energía de EE. UU., resolvió varios problemas a la vez al intercambiar las cadenas lineales de polímero de PTFE con una cadena fluorada voluminosa, que agregó más volumen libre a la matriz, mejorando enormemente su capacidad para transportar oxígeno en pilas de combustible.

Modestino explica que el material híbrido comprende un polímero conductor de iones y una matriz altamente permeable. "Hemos creado un copolímero novedoso:dos componentes unidos. Una parte conduce iones, y el otro es muy permeable al oxígeno, ", dice." Okamoto había estado trabajando en polímeros altamente permeables para procesos de separación de gases. Cuando me uní a NYU Tandon, nos dimos cuenta de que los polímeros que había desarrollado podían adaptarse para mejorar las pilas de combustible ".