Un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Tsukuba ha desarrollado con éxito un nuevo método que puede prevenir el cruce de grandes moléculas de combustible y suprimir la degradación de electrodos en tecnología avanzada de pilas de combustible que utilizan metanol o ácido fórmico.
El tamizado exitoso de las moléculas de combustible se logra mediante transferencias selectivas de protones debido al impedimento estérico en láminas perforadas de grafeno que tienen funcionalización química y actúan como membranas de intercambio de protones.
Para lograr la neutralidad de carbono, ha ido aumentando la demanda del desarrollo de tecnología de pilas de combustible directas de metanol/ácido fórmico. En esta tecnología, se utiliza metanol o ácido fórmico como combustible electrónico para generar electricidad.
Las pilas de combustible generan electricidad mediante transferencia de protones; sin embargo, las membranas convencionales de intercambio de protones sufren el "fenómeno de cruce", en el que las moléculas de combustible también se transfieren entre ánodos y cátodos. A continuación, las moléculas de combustible se oxidan innecesariamente y los electrodos se desactivan.
En un estudio publicado en Advanced Science , los investigadores desarrollaron una nueva membrana de intercambio de protones que comprende láminas de grafeno con orificios de 5 a 10 nm de diámetro, que están modificadas químicamente con grupos funcionales sulfanílicos que producen grupos sulfo alrededor de los orificios.
Debido al impedimento estérico de los grupos funcionales, la membrana de grafeno suprime con éxito el fenómeno de cruce bloqueando la penetración de las moléculas de combustible mientras mantiene una alta conductividad de protones, tal vez por primera vez, según los investigadores.
Hasta la fecha, los enfoques convencionales para inhibir la migración de moléculas de combustible implicaban un aumento del espesor de la membrana o intercalar materiales bidimensionales, lo que a su vez reducía la conductividad de los protones.
En este estudio, los investigadores investigaron estructuras que inhiben la migración de moléculas de combustible mediante arrastre electroosmótico e impedimento estérico. En consecuencia, descubrieron que la membrana de grafeno funcionalizada con sulfanílico puede suprimir notablemente la degradación de los electrodos en comparación con las membranas Nafion disponibles comercialmente, manteniendo al mismo tiempo la conductividad de protones necesaria para las pilas de combustible.
Además, simplemente pegar la membrana de grafeno a una membrana de intercambio de protones convencional puede suprimir el fenómeno de cruce. Así, este estudio contribuye al desarrollo de pilas de combustible avanzadas como una nueva alternativa a las pilas de combustible de tipo hidrógeno.
Más información: Samuel Jeong et al, Supresión del cruce de metanol y formiato mediante grafeno Holey funcionalizado con sulfanílico como membranas de intercambio de protones, Ciencia avanzada (2023). DOI:10.1002/advs.202304082
Información de la revista: Ciencia avanzada
Proporcionado por la Universidad de Tsukuba
