Cambios en la resistencia del catalizador del ánodo de las membranas Nafion (comerciales) y SPAE (KRICT) después de la prueba de durabilidad. Crédito: Corea Research Institute of Chemical Technology (KRICT)
Un equipo de investigación coreano ha desarrollado una nueva membrana de intercambio de protones (PEM) que mejora significativamente el rendimiento de los sistemas electroquímicos de almacenamiento de hidrógeno. El trabajo fue publicado como un artículo de portada en el Journal of Materials Chemistry A.
El Dr. Soonyong, del Instituto de Investigación de Tecnología Química de Corea (KRICT) y el Profesor Sang-Young Lee de la Universidad de Yonsei, han desarrollado un PEM de próxima generación para el almacenamiento electroquímico de hidrógeno basado en LOHC utilizando un polímero a base de hidrocarburos llamado SPAE (poli (arileno eétre sulfona))).
Esta membrana SPAES reduce la permeabilidad del tolueno en más del 60% en comparación con el PEM Nafion disponible comercialmente disponible y mejora la eficiencia faradaica de la hidrogenación al 72.8%.
Los portadores de hidrógeno orgánicos líquidos (LOHC), como el tolueno, son compuestos líquidos prometedores para almacenar y transportar hidrógeno. A diferencia del hidrógeno comprimido (más de 100 bar) o licuado (-252.9 ° C), los LOHC se pueden manejar en condiciones más leves.
Sin embargo, en los sistemas de hidrogenación electroquímica, un problema común es el cruce no deseado del tolueno a través de la membrana, que no solo reduce la eficiencia sino que también contamina el catalizador de reacción de evolución de oxígeno (OER) en el lado del ánodo.
Para abordar estas preocupaciones, el equipo de investigación diseñó una nueva membrana SPAES basada en hidrocarburos con dominios hidrofílicos estrechos (aproximadamente 2.1 nm), que sirven como vías de protones en la membrana. Estos dominios estrechos reducen drásticamente la permeabilidad de las moléculas de tolueno, disminuyendo su difusividad en un factor de 20.
Comparación de la degradación del rendimiento y la eficiencia de la hidrogenación de tolueno durante la prueba de durabilidad. Crédito: Corea Research Institute of Chemical Technology (KRICT)
Como resultado, el crossover de tolueno se redujo en un 60%, y la eficiencia faradaica aumentó del 68.4%(NAFION) al 72.8%. En la operación a largo plazo (48 horas), la tasa de degradación de voltaje disminuyó en un 40%, de 1270 mV/h (NAFION) a 728 mV/h (SPAE). La membrana también mostró una fuerte estabilidad química y mecánica, con cambios estructurales mínimos sobre el uso extendido.
Los investigadores esperan que esta tecnología pueda allanar el camino para sistemas de almacenamiento de hidrógeno electroquímicos de alta eficiencia independientes que se pueden comercializar alrededor de 2030.
El Dr. SO afirma que esta investigación ofrece una solución a los cuellos de botella de rendimiento de la tecnología de membrana en el almacenamiento de hidrógeno electroquímico. El presidente de Krict, Youngkook Lee, agrega que la tecnología podría aplicarse ampliamente en sistemas de energía ecológicos, como los vehículos de celdas de combustible de hidrógeno y la generación de energía de hidrógeno, contribuyendo así a la economía de hidrógeno.
Más información: Chang Jin Lee et al, una eficiente membrana de barrera de tolueno para la hidrogenación de tolueno directo de alto rendimiento a través de un proceso electroquímico, Journal of Materials Chemistry A (2024). Doi: 10.1039/d4ta06773h
Proporcionado por el Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología
Cita: la membrana de próxima generación corta el crossover de tolueno para aumentar el rendimiento del almacenamiento de hidrógeno (2025, 7 de mayo) Recuperado el 7 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-generation-membrane-toluene-crossover-boost.html
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