¿Son tan duraderas las pilas de combustible como los motores convencionales?
Las pilas de combustible de electrolito polimérico (PEFC) son una opción sumamente prometedora gracias a su baja temperatura de operación y capacidad de adaptar la producción de electricidad a fin de satisfacer los requisitos energéticos. Las PEFC funcionan con hidrógeno puro y generan electricidad sin emitir carbono. Aunque se han logrado avances importantes en la reducción de los costes y el aumento de la vida útil de las PEFC, los objetivos de durabilidad de cuarenta mil horas siguen siendo difíciles de alcanzar. Dotado con la ayuda financiera de la Unión Europea, el proyecto PREMIUM ACT (Predictive modelling for innovative unit management and accelerated testing procedures of PEFC) tenía el objetivo de superar este último escollo. El equipo investigador de este proyecto adoptó un enfoque innovador que, mediante la combinación de ensayos y un modelo mecanicista original de escala múltiple, pretendía reproducir la degradación durante todos los procesos de las PEFC, lo que proporcionó información novedosa sobre el acoplamiento de los mecanismos de degradación en las PEFC que utilizan hidrógeno reformado o hidrógeno obtenido a partir de procesos químicos catalíticos. Las pruebas de envejecimiento de los ensambles membrana electrodo (MEA) revelaron dos tipos de degradación: pérdidas de rendimiento permanentes y reversibles. Las modificaciones del comportamiento electroquímico se identificaron mediante métodos in-situ, mientras que mediante métodos ex-situ se evaluó la relación entre la degradación local y la heterogeneidad de las propiedades químicas, físicas y estructurales de los componentes de las pilas y las baterías de pilas. La operación fija de pilas de combustible de metanol directo y las pruebas de carga cíclica permitieron a los investigadores identificar los factores que definen la degradación reversible, así como las condiciones que posibilitan una minimización de las pérdidas reversibles. Los estudios de la carga cíclica y los efectos de la composición reformada del combustible revelaron que la concentración de monóxido de carbono condiciona considerablemente la tasa de degradación reversible. Un aspecto importante es que el equipo investigador identificó mecanismos de envejecimiento asociados a la degradación del catalizador del ánodo, con la presencia tanto de platino como de rutenio. Los nuevos datos obtenidos apuntaron a que la disolución y la re-deposición del rutenio, así como las condiciones locales, afectan a la operación de las PEFC. Además, se cuantificaron las pérdidas poliméricas y las propiedades de transporte al guardar relación con los parámetros de operación. La investigación llevada a cabo por el proyecto PREMIUM ACT ha incrementado el grado de comprensión de la operación de las PEFC y ha revelado las condiciones que mejoran la estabilidad de la tensión y prolongan la vida útil de las pilas. Aunque mejorar la durabilidad de los sistemas de pilas de combustible hasta alcanzar las cuarenta mil horas de operación ininterrumpida es un desafío considerable, se ha dado el primer paso para superarlo.
Palabras clave
Pilas de combustible, electrolito polimérico, PREMIUM ACT, hidrógeno reformado, carga cíclica, monóxido de carbono, platino
