El etanol tiene una densidad de energía volumétrica cinco veces mayor (6,7 kWh / L) que el hidrógeno (1,3 kWh / L) y se puede utilizar de forma segura en pilas de combustible para la generación de energía. En Brasil, en particular, existe un gran interés en mejores celdas de combustible para el etanol, ya que ese país distribuye etanol de bajo costo producido de forma renovable a partir de la caña de azúcar. Teóricamente la eficiencia de una pila de combustible de etanol debería ser del 96 por ciento, pero en la práctica a la densidad de potencia más alta es solo el 30 por ciento, debido a una variedad de razones. Por tanto, hay mucho margen de mejora.

Nafion con nanopartículas

Por lo tanto, un equipo dirigido por el Dr. Bruno Matos del instituto de investigación brasileño IPEN está investigando nuevas membranas compuestas para celdas de combustible de etanol directo. Una solución prometedora es adaptar nuevos materiales de electrolitos compuestos a base de polímeros para reemplazar el electrolito de polímero de última generación como Nafion. Matos y su equipo utilizan un proceso de extrusión por fusión para producir membranas compuestas basadas en Nafion con nanopartículas de titanato adicionales, que se han funcionalizado con grupos de ácido sulfónico.

Experimentos infrarrojos en BESSY II

El equipo de Matos ahora ha analizado a fondo cuatro composiciones diferentes de membranas compuestas de Nafion en la línea de luz infrarroja IRIS en BESSY II. Las mediciones de dispersión de rayos X de ángulo pequeño confirmaron que las partículas de titanio interactuaban sinérgicamente con la matriz de ionómero de Nafion.

Aumento de la conductividad del protón

Usando espectroscopia infrarroja, observaron que se formaron puentes químicos entre los grupos de ácido sulfónico de las nanopartículas funcionalizadas. Además, siguiendo el movimiento de los protones a lo largo de los cúmulos iónicos, encontraron una mayor conductividad de protones en la membrana compuesta, incluso a altas concentraciones de nanopartículas. "Fue una sorpresa real que no esperábamos, "Dra. Ljiljana Puskar, Dice un científico de HZB en IRIS-Beamline. La reducción de la conductividad con el incremento de las nanopartículas es uno de los principales obstáculos que retrasan el desarrollo de materiales compuestos de alto rendimiento. La conductividad de protones más alta podría permitir una mejor movilidad del portador de carga y, por lo tanto, aumentar la eficiencia de la celda de combustible de etanol directo.

Ventaja de la extrusión por fusión

"Esta membrana compuesta se puede producir mediante extrusión por fusión, lo que permitiría su producción a escala industrial, "Señala Matos.