El equipo de investigación del INRS (Institut national de la recherche scientifique), el profesor Mohamed Mohamedi, ha diseñado una pila de combustible verde sin membrana que utiliza el oxígeno del aire. Los resultados de esta innovadora aplicación de microfluidos, la primera en Canadá, se publicaron en Renewable and Sustainable Energy Reviews.
Las celdas de combustible convencionales son ubicuas. Alimentan coches eléctricos en las carreteras de hoy en día y fueron parte de las computadoras utilizadas en el alunizaje del Apolo en 1969. Estas celdas de combustible pierden voltaje a medida que se usan y eventualmente dejan de funcionar.
Esto sucede porque las moléculas de alcohol (metanol o etanol) del compartimento anódico de la pila de combustible atraviesan la membrana que las separa del compartimento catódico. Las moléculas de oxígeno del compartimento catódico reaccionan con el alcohol, causando una caída de voltaje.
Numerosos científicos han intentado sin éxito desarrollar una membrana que impida el paso de las moléculas de alcohol a través de ella. El profesor Mohamed Mohamedi, uno de los principales autores del estudio publicado el 8 de septiembre, tomó otro camino: desarrollar una pila de combustible sin membrana.
Su novedosa solución cuesta menos y requiere menos pasos para su fabricación, pero no logra abordar un desafío clave.
“Cuando se retira la membrana, el metanol o el etanol reacciona con el oxígeno, como en las pilas de combustible convencionales. Para evitar las caídas de tensión, tuvimos que desarrollar electrodos selectivos en el compartimiento del cátodo”.
“Estos electrodos, diseñados por el estudiante de doctorado Juan Carlos Abrego-Martínez, permanecen inactivos en presencia de moléculas de alcohol pero son sensibles al oxígeno que genera electricidad”, explica el profesor Mohamedi. Señala otra propiedad única de esta pila de combustible sin membrana: utiliza el oxígeno del aire que la rodea.
Del modelo al prototipo
El primer paso que dieron los investigadores en la construcción de un prototipo de trabajo fue ejecutar simulaciones numéricas creadas por Alonso Moreno Zuria, becario postdoctoral del INRS y autor principal del estudio. A través de un modelo computarizado, el equipo probó diferentes configuraciones de electrodos selectivos en la celda de combustible.
“Las pilas de combustible convencionales son como sándwiches, con la membrana en el medio. Elegimos en cambio trabajar en un diseño de una sola capa. Tuvimos que determinar cómo organizar y espaciar los electrodos para maximizar el uso del combustible, teniendo en cuenta la concentración de oxígeno en el aire ambiente”, dice el profesor Mohamedi.
Una vez que los investigadores se establecieron en una configuración, probaron un prototipo que se convirtió en una prueba de concepto. La pila de combustible sin membrana alimentó un LED durante cuatro horas usando sólo 234 microlitros de metanol.
Los investigadores quieren optimizar la pila de combustible para que pueda utilizar etanol, un combustible más ecológico que puede producirse a partir de biomasa y residuos agrícolas. El etanol también proporciona más potencia por unidad de volumen equivalente.
El equipo espera que la pila de combustible alimente aparatos electrónicos portátiles como teléfonos móviles y microsistemas como los sensores de contaminación del aire.
A diferencia de las baterías convencionales que almacenan electricidad y deben ser recargadas, las celdas de combustible continúan produciendo energía mientras haya combustible disponible.
“Este método de suministro de energía es particularmente efectivo cuando la recarga no es posible. Imagina estar en medio del desierto, sin electricidad. Podrías recargar tu teléfono móvil usando una pequeña cápsula de etanol que conectas al dispositivo”, dice el profesor Mohamedi.
Esta tecnología pionera ya ha atraído la atención de la industria, aunque el equipo de investigación sólo está en la fase de prototipo.
Noticia tomada de: EurekAlert / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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