En el contexto de la evolución global hacia la mitigación del cambio climático y la búsqueda de objetivos de «carbono dual», la comunidad científica presencia un hito significativo en el campo de la energía limpia. El equipo dirigido por el Profesor Kui Jiao, perteneciente a la distinguida Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Tianjin, ha logrado desarrollar con éxito una pila de combustible de membrana de intercambio de protones con una densidad de potencia ultraalta, logrando casi duplicar el rendimiento de las tecnologías convencionales contemporáneas. Estos resultados pioneros se han publicado en la eminente revista internacional de investigación energética «Joule».

En respuesta a la imperante necesidad de transformar el sistema energético global hacia fuentes de energía con bajas emisiones de carbono, el hidrógeno emerge como un prometedor vector energético. En este contexto, las pilas de combustible de hidrógeno se presentan como tecnologías cruciales para la aplicación de energía limpia. No obstante, uno de los desafíos técnicos preeminentes reside en la mejora de la densidad de potencia volumétrica de dichas pilas de combustible.

Investigación sobre las pilas de combustible de membrana

El equipo del Profesor Jiao ha logrado redefinir la arquitectura de la pila de combustible de membrana de intercambio de protones mediante una innovadora reestructuración. Incorporando nuevos componentes y optimizando las rutas de transferencia térmica gas-agua-electricidad, han logrado desarrollar una pila de combustible ultrafina con una densidad de potencia excepcionalmente alta.

La aplicación de la tecnología de electrohilado para producir una película ultrafina de nanofibras de carbono y espuma de níquel ha permitido la eliminación de las capas tradicionales de difusión de gas y los canales de flujo. Este enfoque ha reducido el espesor del conjunto de electrodos de membrana en aproximadamente un 90%, disminuyendo significativamente más del 80% de las pérdidas por transferencia de masa originadas por la difusión del reactivo. Como consecuencia, se ha logrado duplicar la densidad de potencia volumétrica de la pila de combustible.

Se estima que la densidad de potencia volumétrica máxima de la pila de pilas de combustible utilizando esta nueva estructura podría potencialmente alcanzar los 9,8 kilovatios por litro. Este valor supera en más del 80% el rendimiento de los productos convencionales actuales, marcando un hito significativo en la eficiencia de las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones.

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Potencia volumétrica en las pilas de combustible de membrana

Este estudio cuenta con la colaboración de destacados académicos, incluyendo al candidato a doctorado Chasen Tongsh, el investigador asistente Siyuan Wu, el Profesor Qing Du, el Profesor Jin Xuan, el Profesor Nigel Brandon, el Profesor Huizhi Wang, el Profesor Jae Wan Park y el candidato doctoral Wenming Huo, todos afiliados a instituciones académicas de renombre.

Este avance no solo proporciona una base esencial para el progreso continuo en la tecnología de pilas de combustible de membrana de intercambio de protones, sino que también señala un salto prometedor en el ámbito de la energía limpia. Los resultados de esta investigación ofrecen perspectivas valiosas para abordar los desafíos técnicos actuales y avanzar hacia un futuro energético más sostenible.

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