Antonio Vallejo
EditorUn equipo de la Universidad de Monash, en Australia, ha desarrollado una membrana ultrafina capaz de hacer funcionar pilas de combustible de hidrógeno a 250 °C y, lo más sorprendente, sin necesidad de agua. Este es un muro en el que la tecnología se lleva dando de cruces mucho tiempo y el hallazgo ha sido publicado en la revista Science Advances. Bajo estas líneas te contamos todos los detalles.
Por qué es importante. Las pilas de hidrógeno son una de las grandes promesas para descarbonizar el transporte, la industria pesada y sectores donde las baterías se quedan cortas. Solo emiten agua y calor, se recargan rápido y ofrecen autonomía comparable a la gasolina.
El problema es que las membranas actuales, como las basadas en Nafion (una resina sintética), necesitan estar permanentemente hidratadas para que los protones puedan circular. Y eso obliga a operar por debajo de los 80-100 °C, porque a más temperatura el agua se evapora y todo el sistema colapsa.
En detalle. El equipo, liderado por los investigadores Huanting Wang y Kaiqiang He, ha construido unas nanoláminas de espesor atómico fabricadas con grafeno y nitruro de boro. Entre esas capas han introducido ácido fosfórico en un estado que los investigadores llaman nanoconfinado, donde el ácido queda atrapado en espacios diminutos de los que no puede escapar ni evaporarse, ni siquiera a 250 °C.
El resultado es una membrana de apenas 50 micrómetros, bautizada como GBP, que actúa como una autopista seca por la que los protones se mueven a gran velocidad sin depender ni de una gota de agua.
Cómo funciona. Wang, profesor del Departamento de Ingeniería Química y Biológica de Monash, cuenta que "al combinar nanoláminas conductoras de protones con ácido fosfórico nanoconfinado, hemos desarrollado una membrana que mantiene un transporte rápido de protones sin agua". El truco está en un mecanismo que los autores definen como sinérgico, en el que los protones atraviesan directamente los anillos hexagonales del grafeno y del nitruro de boro y, al mismo tiempo, saltan a lo largo de la red de enlaces de hidrógeno que forma el ácido confinado entre capas.
Por otro lado, He añade que esa combinación es la que da a la membrana alta conductividad y estabilidad en condiciones secas y de alta temperatura.
Las cifras. En las pruebas de laboratorio la GBP alcanzó una conductividad protónica de 166 mS cm⁻¹ a 250 °C y una densidad de potencia de 1.011 mW cm⁻² en una pila de hidrógeno-oxígeno, muy por encima de las membranas de referencia del sector. Además, el equipo la mantuvo funcionando 150 horas seguidas a esa temperatura sin signos de degradación.
Entre líneas. Trabajar a 250 °C cambia las reglas del juego en varios frentes.
- Uno: se eliminan los sistemas de gestión del agua y humidificación, que en los coches de hidrógeno actuales son pesados, voluminosos y caros.
- Dos: a esa temperatura el catalizador de platino tolera mejor las impurezas como el monóxido de carbono, lo que abre la puerta a usar hidrógeno menos puro y, por tanto, más barato de producir.
- Tres: refrigerar el sistema se vuelve mucho más sencillo, lo que permite radiadores más pequeños y vehículos más ligeros.
Más allá del coche. Aunque nos solemos centrar en los coches de hidrógeno cuando hablamos de este tipo de tecnologías, lo cierto es que las aplicaciones potenciales van mucho más lejos. La GBP también se probó en pilas de metanol directo y rindió a 502 mW cm⁻² con metanol concentrado 16 M a 250 °C. Esto sugiere que podría servir para sistemas portátiles donde el hidrógeno es complicado de almacenar.
Además de ello, los autores apuntan a usos en centros de datos, aviones, trenes, fábricas y hospitales como respaldo energético, y a otros procesos electroquímicos como la separación de moléculas de agua, la reducción de dióxido de carbono o la síntesis de amoníaco.
Y ahora qué. El siguiente paso es el de siempre. Y es que cuando un laboratorio anuncia un avance así, hay que esperar a que acabe llegando a buen puerto y sea viable su comercialización a escala industrial. Si lo consiguen, la combinación de pilas más baratas, hidrógeno menos puro y sistemas más simples podría acelerar la llegada de esta tecnología a sectores donde la electrificación con baterías no acaba de cuadrar.
Imagen de portada | CARMAN y Monash University
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