El equipo de investigación del profesor del INRS Mohamed Mohamedi ha diseñado una celda de combustible verde sin membrana que utiliza oxígeno del aire. Los resultados de esta innovadora aplicación de microfluidos, la primera en Canadá, se publicaron en Revisiones de energías renovables y sostenibles.

Las pilas de combustible convencionales son omnipresentes. Ellos alimentan autos eléctricos y alimentan las computadoras utilizadas en el aterrizaje lunar del Apolo de 1969. Estas celdas de combustible pierden voltaje a medida que se usan y finalmente dejan de funcionar. Esto sucede porque las moléculas de alcohol (metanol o etanol) en el compartimiento del ánodo de la celda de combustible cruzan la membrana que las separa del compartimiento del cátodo. Las moléculas de oxígeno en el compartimento del cátodo reaccionan con el alcohol, provocando una caída de voltaje.

Los científicos han intentado sin éxito desarrollar una membrana que impida que las moléculas de alcohol pasen a través de ella. Profesor Mohamed Mohamedi, autor principal del estudio publicado el 8 de septiembre, tomó otro rumbo:desarrollar una pila de combustible sin membrana.

Su novedosa solución cuesta menos y requiere menos pasos para fabricar, pero no aborda un desafío clave. "Cuando se quita la membrana, el metanol o etanol reacciona con el oxígeno, como en las pilas de combustible convencionales. Para evitar caídas de voltaje, tuvimos que desarrollar electrodos selectivos en el compartimento del cátodo. Estos electrodos, diseñado por el estudiante de doctorado Juan Carlos Abrego-Martinez, permanecer inactivo en presencia de moléculas de alcohol, pero son sensibles al oxígeno que genera electricidad, "El profesor Mohamedi explica. Señala otra propiedad única de esta celda de combustible sin membrana:utiliza oxígeno del aire que la rodea.

Del modelo al prototipo

El primer paso que dieron los investigadores para construir un prototipo funcional fue ejecutar simulaciones numéricas creadas por Alonso Moreno Zuria, Becario postdoctoral del INRS y autor principal del estudio. A través del modelado por computadora, el equipo probó diferentes configuraciones de electrodos selectivos en la celda de combustible. "Las celdas de combustible convencionales son como sándwiches con la membrana en el medio. En su lugar, optamos por trabajar en un diseño de una sola capa. Tuvimos que determinar cómo organizar y espaciar los electrodos para maximizar el uso de combustible y, al mismo tiempo, tener en cuenta la concentración de oxígeno del aire ambiental. "dice el profesor Mohamedi.

Una vez que los investigadores establecieron una configuración, probaron un prototipo que se convirtió en una prueba de concepto. La celda de combustible sin membrana alimentó un LED durante cuatro horas utilizando solo 234 microlitros de metanol. Los investigadores quieren optimizar la pila de combustible para que pueda utilizar etanol, un combustible más ecológico que se puede producir a partir de biomasa y residuos agrícolas. El etanol también proporciona más energía por unidad equivalente de volumen.

El equipo espera que la celda de combustible alimente dispositivos electrónicos portátiles como teléfonos móviles y microsistemas como sensores de contaminación del aire. A diferencia de las baterías convencionales que almacenan electricidad y deben recargarse, las celdas de combustible continúan produciendo energía mientras haya combustible disponible. "Este método de suministro de energía es particularmente eficaz cuando la recarga no es posible. Imagínese estar en medio del desierto, sin electricidad. Podrías recargar tu teléfono móvil usando una pequeña cápsula de etanol que conectas al dispositivo, "dice el profesor Mohamedi.

Esta tecnología pionera ya ha atraído la atención de la industria a pesar de que el equipo de investigación se encuentra solo en la etapa de prototipo.