El trabajo está publicado en el Journal of the American Chemical Society .

Las pilas de combustible de hidrógeno convierten la energía química del hidrógeno en energía eléctrica mediante reacciones separadas de combustibles de hidrógeno y agentes oxidantes (oxígeno). Entre las pilas de combustible de hidrógeno, las pilas de combustible de membrana de electrolito polimérico de alta temperatura (HT-PEMFC) son atractivas para fuentes de electricidad microestacionarias. Una desventaja de estas HT-PEMFC es que el ácido fosfórico (H₃ Orden de compra₄ ) el conductor de protones se lixivia del H₃ Orden de compra₄ -Membrana de polibencimidazol dopada y envenena el catalizador de platino.

Estudios recientes muestran más complicaciones durante el funcionamiento del HT-PEMFC, donde parte del H₃ Orden de compra₄ podría reducirse a H₃ Orden de compra₃ , lo que puede envenenar aún más los catalizadores de platino y provocar una pérdida significativa de rendimiento.

Un estudio anterior realizado por el equipo del Prof. Dr. Marcus Bär demostró que también tienen lugar procesos opuestos en la interfaz entre Pt y H₃ acuoso. Orden de compra₃ y que las interacciones entre el catalizador de platino y el H₃ Orden de compra₃ /H₃ PO₄ son muy complejos:mientras que H₃ Orden de compra₃ puede provocar el envenenamiento del catalizador de platino, al mismo tiempo que el platino puede catalizar la oxidación de H₃ Orden de compra₃ volver a H₃ Orden de compra₄ .

Experimentos en condiciones realistas

Para investigar el comportamiento de oxidación del H₃ acuoso Orden de compra₃ En condiciones cercanas a las condiciones de trabajo de HT-PEMFC, el equipo de Bär ha analizado los procesos químicos utilizando una celda electroquímica calentable diseñada internamente y compatible con estudios de rayos X in situ en la estación final de OÆSE recientemente instalada en Energy Materials In. -situ Laboratorio Berlín (EMIL).

Utilizaron una intensa luz de rayos X en el rango de energía de los rayos X (2 keV-5 keV), proporcionada por la línea de luz EMIL en la fuente de rayos X BESSY II. En este rango de energía, la espectroscopia de estructura cercana al borde de absorción de rayos X (XANES) en el borde P K se utiliza para monitorear los procesos de oxidación de H₃ PO₃ a H₃ Orden de compra₄ .

Diferentes reacciones de oxidación examinadas

"Por lo tanto, hemos descubierto diferentes procesos para esta reacción de oxidación, incluida la oxidación química catalizada por platino, la oxidación electroquímica bajo polarización de potencial positivo en el electrodo de platino y la oxidación promovida por calor. Estos resultados espectroscópicos in situ también se confirman mediante cromatografía de intercambio iónico y caracterizaciones electroquímicas in situ", explica Enggar Wibowo, primer autor del estudio y Ph.D. candidato en el equipo de Bär.

"Curiosamente, todas estas vías de oxidación implican reacciones con agua, lo que demuestra que la humedad dentro de la pila de combustible tiene una influencia significativa en estos procesos".

Además, los resultados también apuntan a posibles mejoras de las condiciones operativas de las pilas de combustible HT-PEM, p. controlando la humidificación para oxidar el H₃ PO₃ volver a H₃ Orden de compra₄ .

"Se podrían implementar los ajustes correspondientes en las condiciones de funcionamiento de los HT-PEMFC para evitar el envenenamiento del catalizador por H₃ Orden de compra₃ y mejorar la eficiencia de esas pilas de combustible", señala Wibowo.

"El trabajo aclara una vía clave de degradación de las pilas de combustible y es una contribución en el camino hacia un H₂ suministro de energía basado en tecnología de rayos X", afirma el Prof. Dr. Ing. Marcus Bär. "Esto también demuestra el gran beneficio de los rayos X tiernos, y esperamos con ansias BESSY III, cuyo objetivo es cerrar la brecha de los rayos X tiernos. ."