¿Qué es una celda de combustible de membrana de intercambio de protones?
Una celda de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) es una celda de combustible que utiliza hidrógeno y oxígeno para liberar la energía eléctrica. Su característica distintiva es una membrana electrolítica llamada conjunto de electrodo de membrana (MEA) que permite el paso de protones pero no electrones. Una celda de combustible de membrana de intercambio de protones tiene aplicaciones potenciales como una celda de combustible estacionaria y portátil.
Un MEA tiene un lado y un lado del cátodo. Una corriente eléctrica fluye hacia el lado del ánodo de MEA y fuera de su lado del cátodo. Una celda de combustible de membrana de intercambio de protones entrega gas de hidrógeno al lado del ánodo de MEA, que divide los átomos de hidrógeno en electrones y protones, un proceso que puede mostrarse mediante una ecuación: H2 -> 2E- + 2H +. Los protones en esta reacción viajan a través del MEA hasta su lado cátodo, y los electrones pasan al lado del cátodo del MEA a través de un circuito externo. La combinación de estos procesos crea una corriente eléctrica.
Una celda de combustible de membrana de intercambio de protones también ofrece bueyYgen Gas al lado del cátodo de MEA. Si las moléculas de oxígeno diatómico (O2) pueden dividirse en átomos de oxígeno, los protones que viajan a través del MEA pueden reaccionar con estos átomos de oxígeno para formar moléculas de agua. Esta reacción también se puede mostrar mediante una ecuación: O + 2H + + 2E- -> H 2 o.
El MEA debe cumplir con varios criterios para producir electricidad. No puede permitir que el hidrógeno o el gas oxígeno pasen a través de él. El MEA también debe poder resistir el efecto oxidativo en el lado del ánodo y el efecto reductor en el lado del cátodo.
Los catalizadores de platino se pueden usar para dividir las moléculas de hidrógeno con relativa facilidad. Sin embargo, la división de moléculas de oxígeno con catalizadores de platino produce pérdidas eléctricas significativas. Un problema adicional con los catalizadores de platino es que una cantidad muy pequeña de dióxido de carbono degradará significativamente su rendimiento. Los científicos no habían descubierto una prácticaEl catalizador para dividir las moléculas de oxígeno a partir de 2010, pero un catalizador compuesto de carbono, hierro y nitrógeno había demostrado lo más prometedor. La principal dificultad con este catalizador es que su velocidad de reacción cae rápidamente durante un corto período de tiempo.
El agua también causa pérdidas eléctricas en una celda de combustible de membrana de intercambio de protones. La pila de combustible debe evitar que el exceso de agua inunde el MEA, pero permitir que suficiente agua para evitar que el MEA se seque. La gestión del agua en una celda de combustible de membrana de intercambio de protones es difícil, porque el agua se siente atraída por el lado del cátodo del MEA. Las bombas electro osmóticas son una posible solución a este problema.