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Batteries and Fuel Cells

A battery is a galvanic cell that is used as a source of electrical power for specific applications. Modern batteries exist in a multitude of forms to accommodate various applications, from tiny button batteries such as those that power wristwatches to the very large batteries used to supply backup energy to municipal power grids. Some batteries are designed for single-use applications and cannot be recharged (primary cells), while others are based on conveniently reversible cell reactions that...
Microbial Fuel Cells01:23

Microbial Fuel Cells

Microbial fuel cells (MFCs) are bioelectrochemical devices that generate electricity by exploiting the metabolic processes of electrogenic bacteria. These systems provide a renewable energy source and serve as an innovative method for treating organic waste, such as wastewater.A typical MFC consists of two chambers: an anoxic (oxygen-free) compartment that houses the bacteria and an oxic (oxygen-rich) compartment that contains oxygen as the terminal electron acceptor. Many MFCs use proton...
Ion Exchange01:17

Ion Exchange

Ion exchange chromatography separates charged molecules from a solution by reversibly exchanging them with mobile, or 'active', ions associated with the oppositely charged stationary phase. This method can be used to separate ions, soften and deionize water, and purify solutions. The polymers comprising the ion-exchange column are high-molecular-weight and chemically stable polymers, crosslinked to be porous and essentially insoluble. They are also functionalized with either acidic or basic...

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Células de combustible de temperatura intermedia no humedecidas que utilizan líquidos iónicos protóticos.

Seung-Yul Lee1, Atsushi Ogawa, Michihiro Kanno

  • 1Department of Chemistry and Biotechnology, Yokohama National University, 79-5 Tokiwadai, Hodogaya-ku, Yokohama 240-8501, Japan.

Journal of the American Chemical Society
|June 29, 2010
PubMed
Resumen

Este estudio detalla un líquido iónico protótico, el dietilmetillamonio trifluorometanesulfonato ([dema][TfO]), para celdas de combustible no humedecidas. Las membranas compuestas permiten un funcionamiento eficiente a temperaturas intermedias, mostrando una promesa para las aplicaciones de celdas de combustible de hidrógeno-oxígeno.

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Área de la Ciencia:

  • La electroquímica es electroquímica.
  • Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
  • Ingeniería Química Ingeniería Química.

Sus antecedentes:

  • Los líquidos iónicos protóticos (PIL) se exploran como electrolitos para las pilas de combustible.
  • El trifluorometanesulfonato de dietilmetiloamonio ([dema][TfO]) se investiga por su conductividad de protones.
  • El funcionamiento de la pila de combustible no humedecida a temperaturas intermedias presenta desafíos para los electrolitos tradicionales.

Objetivo del estudio:

  • Para caracterizar [dema][TfO] como un conductor de protones para las pilas de combustible.
  • Fabricar y evaluar un sistema de células de combustible de tipo membrana utilizando [dema][TfO] en condiciones no humedecidas.
  • Para evaluar el rendimiento de las membranas compuestas que incorporan [dema][TfO] para aplicaciones de celdas de combustible.

Principales métodos:

  • Caracterización fisicoquímica y electroquímica de [dema][TfO].
  • Fabricación de pilas de combustible de tipo membrana utilizando [dema][TfO] y membranas compuestas.
  • Evaluación del rendimiento de la pila de combustible, incluido el voltaje de circuito abierto (OCV) y la densidad de corriente.
  • Análisis de los mecanismos de conducción de protones y números de transferencia.

Principales resultados:

  • [dema][TfO] exhibe una alta actividad para las reacciones de oxidación de hidrógeno y reducción de oxígeno en un electrodo Pt.
  • Las pilas de combustible que utilizan [dema][TfO] lograron una VCO de 1,03 V a 150°C.
  • Las membranas compuestas con hasta un 80% de peso [dema][TfO] mostraron una buena estabilidad térmica, conductividad iónica y resistencia mecánica.
  • Las células de combustible H(2)/O(2) con membranas compuestas funcionaron a 30-140°C en condiciones no humidificadas, alcanzando 250 mA cm−2 a 120°C.

Conclusiones:

  • [dema][TfO] es un conductor viable de protones para las pilas de combustible no humidificadas.
  • La conducción de protones implica tanto el vehículo como los mecanismos de intercambio de protones, evitando la polarización celular.
  • Las membranas compuestas ofrecen un excelente rendimiento y compatibilidad con [dema][TfO].
  • El sistema desarrollado es un candidato prometedor para las pilas de combustible no humidificadas H(2) / O(2).