Celda de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC)
1960
- Willard Thomas Grubb
- Leonard Niedrach
Una membrana de intercambio de protones Pila de combustible Las celdas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEMFC) utilizan una membrana de polímero sólido, como Nafion, como electrolito. Esta membrana conduce selectivamente los protones ([latex]H^+[/latex]) del ánodo al cátodo. Las PEMFC operan a bajas temperaturas (normalmente entre 50 y 100 °C), lo que permite un arranque rápido y un diseño compacto. Requieren hidrógeno de alta pureza como combustible para evitar la intoxicación de los catalizadores a base de platino.
The heart of the PEMFC is the membrane electrode assembly (MEA), which consists of the proton-exchange membrane sandwiched between two catalyst-coated electrodes. At the anode, hydrogen gas is split into protons and electrons: [latex]H_2 \rightarrow 2H^+ + 2e^-[/latex]. The solid polymer membrane, which is an electrical insulator, allows only the protons to pass through to the cathode. The electrons are forced to travel through an external circuit, generating the electrical current. At the cathode, oxygen from the air, the protons from the membrane, and the electrons from the external circuit combine to form water: [latex]O_2 + 4H^+ + 4e^- \rightarrow 2H_2O[/latex].
A critical aspect of PEMFC operation is water management. The membrane must remain hydrated to maintain its proton conductivity, but excess water at the cathode (product water) can block the flow of oxygen to the catalyst sites, a phenomenon known as ‘flooding’. The low operating temperature makes PEMFCs susceptible to catalyst poisoning, particularly from carbon monoxide (CO) present in reformed hydrogen, which binds strongly to the platinum catalyst sites. This necessitates the use of very pure hydrogen fuel, increasing operational costs.
UNESCO Nomenclature: 3305
– Tecnología energética
Precursores
- invención de la pila de combustible por William Grove (1838)
- Desarrollo de la primera membrana polimérica de intercambio iónico, Nafion, por Walther Grot en DuPont (finales de la década de 1960)
- investigación sobre las propiedades catalíticas del platino
Aplicaciones
- Sistemas de propulsión para vehículos eléctricos de pila de combustible (FCEV) como el Toyota Mirai y el Hyundai Nexo
- Unidades de energía de respaldo para infraestructura crítica
- generadores de energía portátiles para uso recreativo y militar
- vehículos de manipulación de materiales como carretillas elevadoras
- fuentes de energía para la nave espacial del Proyecto Gemini de la NASA
Patentes:
- US2913511A (Willard T. Grubb, 1959)
Ideas para posibles innovaciones
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Relacionado con: pemfc, membrana de intercambio de protones, nafion, catalizador, platino, combustible de hidrógeno, conjunto de electrodos de membrana, baja temperatura, automoción, general electric.
