Propiedades Dinámicas y Estructurales del Agua en la Región de Tres Fases de PEMFC: Un Enfoque Combinado de Simulaciones de Dinámica Molecular y Experimentos de RMN.

Bahía Blanca

Congreso; XXII Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados (NANO 2023); 2023

Universidad Nacional del Sur

Las celdas de combustible de membrana polimérica (PEMFC) representan una tecnología de generación de energía limpia y eficiente. Sin embargo, aún persiste el desafío de optimizar su rendimiento en términos de transporte de agua a través de la membrana electrolítica[1]. En este estudio, empleamos simulaciones de dinámica molecular (DM) y experimentos de resonancia magnética nuclear (RMN) para investigar cómo los soportes carbonosos y el grosor de la membrana influyen en la difusión del agua dentro de la zona de tres fases de una PEMFC. Esta zona, compuesta por el gas, la capa catalítica y el ionómero, es donde se producen las reacciones electroquímicas esenciales para el funcionamiento de la celda. En trabajos previos estudiamos cómo el contenido de Nafion afectaba el área electroquímicamente expuesta del catalizador[2]. En esta investigación teórica se destaca el impacto significativo del contenido de Nafion en la estructura del agua dentro del sistema. La formación de canales de agua facilitada por el ionómero mejora la movilidad del agua, mientras que un contenido excesivo de ionómero conduce a coeficientes de difusión reducidos. Las mediciones experimentales utilizando difusión de RMN validan la correlación entre nuestros resultados de simulación y las observaciones experimentales. Además, nuestros estudios de dinámica molecular y RMN identifican el rango óptimo en el cual el sistema exhibe una difusión de agua superior en función del contenido de ionómero, con sistemas que contienen de 12 a 24 oligómeros (20-30% en peso) en la zona tres fases. Nuestros hallazgos mejoran la comprensión y optimización del rendimiento de las PEMFC en el transporte de agua, aportando valiosos conocimientos para su diseño y optimización.