Alimentando las celdas de combustible con membranas Nafion™

Las celdas de combustible impulsan un mundo más seguro y limpio

Las celdas de combustible son celdas electroquímicas que convierten la energía química de combustible (hidrógeno y oxígeno, típicamente) a electricidad a través de una reacción electroquímica. Complementan muchos esfuerzos de energía verde y son habilitadores clave para proporcionar energía limpia a cualquier escala.

Las regulaciones internacionales que ordenan reducciones significativas en las emisiones de calentamiento global hacen que la adopción de celdas de combustible sea aún más crítica. Se espera que el mercado global de celdas de combustible crezca a una tasa de crecimiento (Compound Annual Growth Rate, CAGR por sus siglas en inglés) de 20,9% a lo largo de 2025^[1] a través de una amplia variedad de casos de uso, que incluyen:

• Fuentes energéticas en electricidad liviana, híbridos, transporte pesado y vehículos de manejo de material
• Energía de respaldo para edificios
• Energía fuera de la red para aplicaciones como estaciones de telecomunicaciones
• Sistemas de energía de respaldo o fuera de la red de tamaño de mega vatios para plantas industriales o municipios

La característica común en todos los casos de uso es la necesidad de una membrana de intercambio iónico que ofrezca durabilidad y rendimiento. Las membranas Nafion™ de intercambio de protones (PEM por sus siglas en inglés) satisfacen esta necesidad.

^[1] https://www.businesswire.com/news/home/20181204005535/en/Global-Fuel-Cell-Market-Size-Share-Trends

La adopción de celdas de combustible de PEM alimentadas por hidrógeno ya ha comenzado, pero abundan las oportunidades. Esto se debe en parte a las eficiencias operativas y a las cualidades sustentables de las PEM, que las convierte en alternativas viables a las fuentes de energía tradicionales en las industrias del transporte.

Ventajas de las celdas de combustible

Más industrias están adoptando las celdas de combustible debido a que pueden utilizar diferentes fuentes de combustible y tener ventajas operativas sobre las fuentes de energía convencionales, como las baterías y los motores de combustión. Estas ventajas incluyen:

• Autonomía y facilidad de reabastecimiento: contrariamente a las baterías, las celdas de combustible no necesitan pasos independientes para la carga, y los vehículos con celdas de combustible pueden reabastecerse casi tan rápidamente como los motores de gasolina tradicionales.
• Eficiencia: una celda de combustible solo necesita combustible extra para duplicar su capacidad, por lo que para aplicaciones donde es importante la carga útil (como el transporte de larga distancia), las celdas de combustible son más eficientes en términos de peso de carga útil por milla recorrida. Además, las celdas de combustible convierten la energía química del combustible directamente en energía eléctrica útil, por lo que operan dos a tres veces más eficientemente que los motores de combustión interna a diésel y gasolina.
• Sustentabilidad: debido a que las celdas de combustible que funcionan con hidrógeno emiten solo agua y calor, el aire de su entorno es limpio y seguro para la respiración.
• Versatilidad: las celdas de combustible se pueden modificar para adaptarse a la aplicación deseada. Esto incluye ajustar la cantidad de energía que suministran, en función de si se trata de vehículos individuales, flotas de autobuses o redes de servicios públicos que alimentan a vecindarios enteros. Los sistemas de celdas de combustible estacionarios pueden incluso ayudar a equilibrar la red de energía al suministrar energía complementaria cuando las fuentes intermitentes de energía (como las renovables) no satisfacen la demanda de energía.

Mejore la conductividad y aumente la durabilidad con las membranas de intercambio de protones

Existe una variedad de tecnologías de celdas de combustible disponibles, incluidas las celdas de combustible alcalinas; celdas de combustible de carbonato fundido; celdas de combustible de membranas de intercambio de protones, como la marca Nafion™; entre otras. Entre ellas, las membranas de intercambio de protones (Proton Exchange Membranes, PEM), como Nafion™, se han convertido en la elección principal para aplicaciones de transporte y manejo de materiales. ¿Por qué? Máximo rendimiento con subproducto mínimo.

El tipo más común de celda de combustible de PEM funciona con gas de hidrógeno puro. Aparte de hidrógeno, la celda de combustible necesita solo oxígeno (del aire) y agua para funcionar. Simplemente se trata de dos reacciones químicas separadas por una membrana de electrolitos. El resultado es electricidad, agua y calor que se puede utilizar.

Las membranas Nafion™ pueden construir celdas de combustible que funcionan de forma eficiente por años. Los ingenieros y diseñadores especifican PEM Nafion™ para sus celdas de combustible debido a su:

• Grosor
• Conductividad
• Resistencia
• Resistencia a la captación de agua
• Durabilidad química

Estas propiedades pueden aprovecharse para satisfacer los requisitos de nuevos diseños y condiciones de operación. Específicamente, las celdas de combustible que usan PEM Nafion™:

• Trabajan bien con energía renovable intermitente solar o eólica
• Operan a temperaturas relativamente bajas
• Salida eléctrica a medida para satisfacer los requisitos dinámicos de electricidad

Como resultado, las celdas de combustible que utilizan PEM se consideran la tecnología líder para vehículos ligeros y muchas aplicaciones estacionarias.

Para los materiales Nafion™, Chemours ha integrado por completo una cadena de suministro y el fuerte acceso a materias primas ascendentes de alta calidad. Como tal, puede contar con Chemours para satisfacer las crecientes demandas a largo plazo sin limitar o interrumpir el suministro.