Estudio de la deposición de catalizador sobre membranas de intercambio protónico basadas en líquidos iónicos polimerizados para su aplicación en pilas de combustible

Abstract

RESUMEN: Debido al aumento de la población mundial y a los problemas asociados al cambio climático se están desarrollando nuevas fuentes de energía más sostenibles. Crabtree y cols (2006) propusieron un modelo energético basado en la producción de hidrógeno a partir de energías renovables y su almacenamiento para su posterior uso. En este modelo energético las pilas de combustible juegan un papel fundamental al ser las generadoras de energía eléctrica. Una pila de combustible es un dispositivo electroquímico que genera electricidad mediante reacciones de oxidación-reducción. Entre las pilas de combustible destaca la de intercambio de protones o PEMFC por su alta eficiencia, baja temperatura de operación, fácil escalado y rápida puesta en marcha. Sin embargo, el uso de catalizadores poco económicos, la necesidad de aporte externo de humedad y la sensibilidad a impurezas limitan esta tecnología. El grupo Procesos Avanzados de Separación del Departamento de Ingenierías Química y Biomolecular de la Universidad de Cantabria ha demostrado el potencial de los líquidos iónicos polimerizables para su uso como electrolitos en pilas de combustible. Por ello, este trabajo se centra en el desarrollo de una metodología para la deposición de catalizador sobre diferentes componentes de la pila de combustible: electrolito y capas de difusión de gases. El rendimiento obtenido en la pila de combustible con estos dos electrodos ha sido comparado con electrodos de difusión de gases comerciales (GDEs). Con este objetivo, se han fabricado ensamblados membrana-electrodos basados en el líquido iónico polimerizado (1-(4-sulfobutil)-3-vinilimidazolio trifluorometanosulfonato ([HSO3-BVIm][OTf])) siguiendo el procedimiento de Díaz y cols (2015) y los tres tipos de electrodos propuestos. Además, el rendimiento obtenido con el ensamblado líquido iónico polimerizado/GDE comercial ha sido comparado con electrolitos comerciales de Nafion 212 a diferentes condiciones de humedad de los gases y temperatura de la celda.

ABSTRACT: Due to the increase of world population and the problems related to climate change new, more sustainable energy sources are being developed. Crabtree et al. (2006) proposed a model based on the production of hydrogen form renewable energy and its storing for further use. Fuel cells play an important role on this model since they are the generators of electric energy. A fuel cell is an electrochemical device which produces electricity via oxidation-reduction reactions. Proton exchange membrane fuel cells are a promising technology due to their high efficiency, easy scaling and quick start-up. However, the use of expensive catalysts, the need of external humidity and the sensitivity to impurities are limiting this technology. The Advanced Separation Processes group of the Chemical and Biomolecular Engineering Department of the University of Cantabria has proved the potential of the polymerizable ionic liquids for their use as electrolytes in fuel cells. This work focuses on the development of a methodology for catalyst deposition on different components of a fuel cell: electrolyte and gas diffusion layers. The performance with these electrodes has been compared to commercial gas diffusion electrodes (GDEs). For this purpose, membrane-electrode assemblies based on polymerized ionic liquid (1-(4-sulfobutyl)-3-vinylimidazolium trifluoromethanesulfonate, [HSO3-BVIm][OTf]) have been prepared by using the process used by Díaz et al (2015) and the three proposed electrodes. Also, the performance obtained with polymerized ionic liquid/commercial GDE assembly has been compared with Nafion 212 commercial electrolytes at different humidified gases and cell temperature conditions.