Membranas inorganicas e hibridas organico-inorganicas para pilas de combustible de intercambio protonico (pemfc)

Resum

Las pilas de combustible de intercambio de protones (PEMFC) tiene una importancia estratégica en el campo de la automoción debido a su mayor eficiencia energética y mínima contaminación comparadas con los motores de combustión. Uno de los principales obstáculos para su plena comercialización reside en la utilización de membranas poliméricas tipo Nafion que limitan la temperatura de aplicación de la pila a 80ºC y 100% de humedad relativa. Las consecuencias inmediatas son la necesidad de emplear hidrógeno para evitar la contaminación del catalizador de platino y la imposibilidad de utilizar catalizadores de metales no precisos. Por otro lado, el empleo de hidrógeno como combustible conlleva problemas relacionados con su producción y la seguridad en el almacenamiento. La utilización de gas natural y alcoholes, en especial metano, como sustitutos del hidrógeno ha suscitado un gran interés. Existen dos problemas técnicos asociados al empleo de metanol, como combustible directo en PEMMFC para su aplicación en vehículos eléctricos: su lenta cinética de oxidación en el ánodo a 80ºC y su tendencia a difundir hasta el cátodo a través de las membranas poliméricas comerciales. El incremento de la temperatura de trabajo de la pila de combustible a valores en torno a 150ºC tendría consecuencias inmediatas en el desarrollo de vehículos eléctricos, ya que aumentaría la cinética de reacción de la pila, disminuirían los problemas de envenenamiento de los catalizadores, se reducirá el consumo de catalizadores de metales preciosos y se abriría la puerta a la utilización de metanol y otros combustibles. El objetivo propuesto en esta tesis doctoral se centra en el desarrollo de membranas con temperaturas de operación en torno a 150ºC de naturaleza inorgánica e híbrida orgánico-inorgánica como alternativa a las membranas poliméricas. El componente inorgánico permitiría aumentar la estabilidad térmica y conjugarla con las propiedades mecánicas (ductilidad y flexibilidad) que aporta el componente orgánico. Por otra parte, la fase inorgánica puede mejorar la estabilidad química y la conductividad protónica de la membrana a alta temperatura. La combinación del proceso sol-gel y la ciencia de polímeros ofrece un amplio abanico de posibilidades en el diseño y síntesis de estas estructuras híbridas.