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Aenert. Research Laboratory news
El hidrógeno es un material abundante que constituye alrededor del 75 por ciento de la masa del universo. También es un elemento que seguramente algún día se utilizará a mayor escala para la propulsión de vehículos. Para lograr este objetivo, mejorar los métodos de almacenamiento es de vital importancia, ya que almacenar eficientemente este material es una tarea desafiante y debe cumplir ciertos parámetros para cumplir con las normas de seguridad. El hidrógeno tiene una alta energía por masa, pero baja energía por unidad de volumen debido a su baja temperatura ambiente. Puede almacenarse físicamente como gas o líquido. El almacenamiento en forma de gas requiere tanques de alta presión. Por el contrario, si se almacena como líquido, necesita temperaturas criogénicas, ya que el punto de ebullición del hidrógeno es -252,8°C. También se puede almacenar sobre las superficies de sólidos o dentro de sólidos. Todas las opciones de almacenamiento disponibles tienen una cosa en común: necesitan grandes tanques de almacenamiento. Esto no supone un gran problema en aplicaciones estacionarias. Sin embargo, cuando se trata de movilidad impulsada por pilas de combustible, permitir una autonomía de 200 a 300 kilómetros y al mismo tiempo proporcionar un repostaje de combustible seguro y sencillo se vuelve más difícil.

Recientemente ( 2021 ), los científicos de Fraunhofer han diseñado un combustible a base de hidrógeno adecuado para vehículos pequeños. El combustible se basa en hidruro de magnesio sólido y se llama POWERPASTE. POWERPASTE se diseñó de tal manera que pudiera almacenar hidrógeno en forma química a temperatura ambiente y presión atmosférica para luego liberarlo según sea necesario. Además, los científicos se aseguraron de que POWERPASTE sólo comenzaría a descomponerse a temperaturas de alrededor de 250°C, lo que significa que no se enciende automáticamente incluso cuando un patinete eléctrico se expone al sol durante horas. Además, repostar es extremadamente sencillo: no se necesitan estaciones de servicio, los conductores simplemente tienen que sustituir un cartucho vacío por uno nuevo y luego rellenar el depósito con agua corriente, ya sea en casa o en marcha.

El material de partida de POWERPASTE fue el magnesio, un elemento abundante y una materia prima fácilmente disponible. Se mezcló polvo de magnesio con hidrógeno para formar hidruro de magnesio en un proceso realizado a 350°C y de cinco a seis veces la presión atmosférica. Luego, los científicos agregaron un éster y una sal metálica para formar el producto terminado. Instalado en un vehículo, el POWERPASTE se liberaba de un cartucho mediante un émbolo. Al añadir agua desde un tanque a bordo, la reacción resultante generó gas hidrógeno en una cantidad correspondiente a las necesidades reales de la pila de combustible. Otra característica beneficiosa fue que solo la mitad del hidrógeno provino de POWERPASTE, el resto fue producido por el agua agregada, lo que contribuyó a la densidad de almacenamiento de energía del producto.

Los científicos llevan mucho tiempo intentando mejorar los motores propulsados ​​por hidrógeno. En 2019, se desarrolló una pila de combustible ligera y flexible basada en sustrato de papel y lámina de aluminio, que se utilizó como fuente de hidrógeno in situ mediante reacción con una solución electrolítica durante el funcionamiento. Gracias a la inhibición del transporte de hidroxilo por la red porosa de celulosa se pudo controlar la fuerte reacción de corrosión del Al, a pesar del uso de electrolitos alcalinos fuertes, de modo que la pila de combustible pudo descargarse durante más de 5 horas a 0,83 V. y la eficiencia energética llegó al 72%. La flexibilidad de la pila de combustible también fue bastante buena cuando se enfrenta a diferentes ángulos de flexión. En vista de su moderada potencia de salida, esta pila de combustible de hidrógeno flexible basada en papel era adecuada para alimentar diversos dispositivos flexibles y de bajo voltaje, como los dispositivos electrónicos portátiles. Sin embargo, se podría obtener una mayor potencia apilando adecuadamente las pilas de combustible.

Image: Schematic diagrams of the flexible hydrogen PBFC: (a) Working principle; (b) Exploded view of the cell structure



Source: Yifei Wang, Holly Kwok, Yingguang Zhang, Wending Pan/ Flexible hydrogen fuel cell fabricated on paper with embedded aluminium foil/ E3S Web of Conferences 83:01004, January 2019/ DOI:10.1051/e3sconf/20198301004/ Open Source This is an Open Access article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)

En 2022 , un equipo de científicos preparó membranas Nafion para la síntesis de hidrógeno a partir de metanol que comprendían dos nanocompuestos MF diferentes. -Membranas 4SC y fue modificada con polianilina (PANI) mediante el método de fundición en dos procedimientos diferentes de infiltración de polianilina. Se mejoraron las condiciones operativas en cuanto a densidad de corriente, estabilidad y concentración de metanol. Se analizó el rendimiento de la celda de varios parámetros, como la concentración de metanol, el agua y el voltaje de la celda. La energía requerida para la electrólisis del agua pura se evaluó a diferentes temperaturas para las diferentes membranas. Se demostró que los electrolizadores PEM proporcionan una mejor producción de hidrógeno de 30 ml/min, trabajando a 160 mA/cm ² . Se descubrió que la electrólisis de metanol-agua requiere menos energía eléctrica que la electrólisis de agua pura. El consumo de energía en la electrólisis de metanol ascendió a 2,34 kWh/kg de hidrógeno. Esto era varias veces menor que la energía eléctrica necesaria para producir 1 kg de hidrógeno mediante electrólisis del agua.

Image: SEM images of the surface of the MF-4SC membrane (a) and composite membrane MF-4SC/PANI-3H* (b). SEM images of the cross section of an MF-4SC membrane (c) and composite membrane MF-4SC/PANI-3H* (d)



Source: Carlos Sanchez, Francisco J. Espinos, Arturo Barjola, Jorge Escorihuela/ Hydrogen Production from Methanol–Water Solution and Pure Water Electrolysis Using Nanocomposite Perfluorinated Sulfocationic Membranes Modified by Polyaniline/ Polymers 14(21):4500, October 2022/ DOI:10.3390/polym14214500/ Open Source This is an Open Access article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)