El PEM está intercalado entre dos electrodos que tienen el catalizador incorporado. Los electrodos están aislados eléctricamente entre sí por el PEM. Estos dos electrodos forman el ánodo y el cátodo respectivamente.
El PEM es típicamente una barrera aislante eléctrica permeable a protones de fluoropolímero (PFSA) . Actualmente se están desarrollando variantes de hidrocarburos que se espera que sucedan a los fluoropolímeros. Esta barrera permite el transporte de los protones desde el ánodo al cátodo a través de la membrana, pero obliga a los electrones a viajar por un camino conductor hasta el cátodo. Los PEM de Nafion más utilizados son Nafion XL, 112, 115, 117 y 1110.
Los electrodos se presionan con calor sobre el PEM. Los materiales que se utilizan habitualmente para estos electrodos son la tela de carbono o los papeles de fibra de carbono. [3] NuVant produce una tela de carbono llamada ELAT que maximiza el transporte de gas al PEM y aleja el vapor de agua del PEM. La incorporación de un catalizador de metal noble en la ELAT permite que esta tela de carbono también actúe como electrodo. También existen muchos otros métodos y procedimientos diferentes para la producción de MEA que son bastante similares entre las pilas de combustible y los electrolizadores . [1]
El platino es uno de los catalizadores más utilizados, aunque también se utilizan otros metales del grupo del platino . El rutenio y el platino se suelen utilizar juntos si el monóxido de carbono (CO) es un producto de la reacción electroquímica , ya que el CO envenena el PEM y afecta a la eficiencia de la pila de combustible. Debido al alto coste de estos y otros materiales similares, se están realizando investigaciones para desarrollar catalizadores que utilicen materiales de menor coste, ya que los altos costes siguen siendo un factor que impide la aceptación económica generalizada de la tecnología de las pilas de combustible.
La vida útil actual es de 7.300 horas en condiciones cíclicas, al mismo tiempo que se reduce la carga de metales del grupo del platino a 0,2 mg/cm2. [4]
Producción
En la actualidad, la mayoría de las empresas que fabrican MEA se especializan únicamente en la producción en grandes volúmenes, como WL Gore & Associates , Johnson Matthey y 3M . Sin embargo, existen otras empresas que producen MEA, lo que permite evaluar también diferentes formas, catalizadores o membranas, como Fuel Cell Store, FuelCellsEtc y muchas otras.
Descripción general del mercado
Se estimó que el mercado global de conjuntos de electrodos de membrana (MEA) tendría un valor de US$ 672 millones en 2023 y se prevé que alcance los US$ 3853 millones para 2030, con una CAGR del 28,2% durante el período de pronóstico 2024-2030. [5]
Segmentación del mercado
Por tipo
MEA de 5 capas : El MEA de 5 capas es el tipo más utilizado debido a su equilibrio entre rendimiento y rentabilidad. Por lo general, consta de un ánodo , un cátodo y dos membranas de intercambio iónico . Esta configuración permite una conducción eficiente de protones y una difusión eficaz de gases, lo que lo hace adecuado para diversas aplicaciones, incluidos los vehículos con celdas de combustible y los sistemas de energía portátiles. Las investigaciones han demostrado que los MEA de 5 capas pueden proporcionar un rendimiento mejorado en diferentes condiciones de funcionamiento, lo que los convierte en la opción preferida en la industria.
MEA de 7 capas: El MEA de 7 capas incorpora capas adicionales que mejoran el rendimiento y la durabilidad. Este diseño generalmente incluye capas adicionales de catalizador y membrana, que pueden mejorar la eficiencia general de la celda de combustible . Estos MEA se utilizan a menudo en aplicaciones de alto rendimiento donde la máxima potencia de salida y la longevidad son fundamentales. Los estudios indican que la configuración de 7 capas puede lograr densidades de corriente más altas y tasas de degradación más bajas en comparación con los diseños más simples, lo que los hace adecuados para entornos exigentes como el transporte pesado y la generación de energía estacionaria.
MEA de 3 capas : El MEA de 3 capas se utiliza principalmente en aplicaciones donde la reducción de costos es una prioridad. Si bien este tipo puede no proporcionar el mismo nivel de rendimiento que las configuraciones de 5 o 7 capas, aún puede ser eficaz para aplicaciones específicas de baja potencia. Este diseño generalmente incluye menos capas de catalizador y es más adecuado para dispositivos o aplicaciones de pequeña escala donde el peso y el costo son factores importantes.
^ ab Carmo, M; Fritz D; Mergel J; Stolten D (2013). "Una revisión exhaustiva sobre la electrólisis del agua mediante PEM". Journal of Hydrogen Energy . 38 (12): 4901–4934. Bibcode :2013IJHE...38.4901C. doi :10.1016/j.ijhydene.2013.01.151.
^ Bentham, Daniel Patente WIPO WO/2008/007108 Sistema de distribución de corriente para celdas electroquímicas. Freepatentsonline.com (17 de enero de 2008). Recuperado el 19 de abril de 2013.
^ Ge, Jiabin; Higier, Andrew; Liu, Hongtan (2006). "Efecto de la compresión de la capa de difusión de gas en el rendimiento de las celdas de combustible PEM". Journal of Power Sources . 159 (2): 922. Bibcode :2006JPS...159..922G. doi :10.1016/j.jpowsour.2005.11.069.
^ Autobuses escolares alimentados con pilas de combustible: Informe al Congreso. Departamento de Energía de Estados Unidos, diciembre de 2008, pág. 9.
^ "Tamaño del mercado de conjuntos de electrodos de membrana (MEA) y pronóstico hasta 2032". PragmaMarketResearch . Consultado el 29 de julio de 2024 .
