Propiedades fisicoquímicas relacionadas con el desarrollo de membranas de Nafion® para su aplicación en pilas de combustible

Physicochemical Properties Related to the Development of Nafion® Membranes for Application in Fuel Cells

Las pilas de combustible (FC) siguen recibiendo una atención creciente, a pesar de no ser una tecnología nueva, ya que se consideran la "fuente de energía del futuro" por características como su alto rendimiento energético y su baja emisión de contaminantes. La tecnología de la CF puede reducir el impacto negativo de las fuentes de energía en el medio ambiente, mejorando así la calidad de vida y prolongando la vida útil de las reservas de combustibles fósiles. En la actualidad, la corriente principal de la investigación en FC se dirige a los sistemas móviles y portátiles, para los que la tecnología más prometedora son las pilas de combustible de electrolito polimérico, también conocidas como PEMFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell). En esta investigación nos centramos en el desarrollo de membranas poliméricas cuyo objetivo es reducir sus costes de producción. En este trabajo nos centraremos en los aspectos fisicoquímicos relacionados con el desarrollo de membranas poliméricas. Se discutirán los aspectos estructurales del Nafion®, que se relacionarán con las siguientes propiedades fisicoquímicas: flujo electrosmótico, permeabilidad gaseosa, transporte de agua a través de la membrana polimérica, estabilidades química y térmica. Toda la discusión se ha realizado utilizando el Nafion® como modelo de polímeros perfluorados.

INTRODUCCIÓN

Las pilas de combustible (FC) son células electroquímicas que convierten directamente la variación de energía libre de Gibbs (∆G) de una reacción redox en energía eléctrica. Desde el punto de vista químico, representan una tecnología avanzada en comparación con el proceso de combustión convencional.

Aunque las pilas de combustible son un tema candente en la actualidad, fueron inventadas hace más de 150 años. En 1839, el abogado y científico William Robert Grove desarrolló una pila alimentada con hidrógeno (H₂) y oxígeno (O₂), utilizando ácido sulfúrico diluido como electrolito. Este dispositivo seguía un principio similar al de las actuales pilas de combustible de ácido fosfórico (PAFC). Grove denominó su invención "batería de gas", y el término "pila de combustible" fue introducido 50 años después por los químicos Ludwig Mond y Charles Langer. La primera pila de combustible aplicada, de tipo AFC (Alkaline Fuel Cell), fue desarrollada por Francis Thomas Bacon a mediados del siglo XX. Sin embargo, tras la crisis energética mundial de 1973, la investigación en pilas de combustible cobró impulso, especialmente en países con centrales termoeléctricas dependientes de derivados del petróleo para la producción de electricidad.