Las pilas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEMFC) son tecnologías energéticas sostenibles y altamente eficientes. El conjunto de electrodo de membrana (MEA), como su componente central, determina el rendimiento general de la batería, mientras que la membrana de intercambio protónico (PEM) desempeña un papel crítico en la conducción de protones, la separación de gases y la eficiencia. La fabricación actual de PEM se basa principalmente en métodos de colada en solución, que sufren de problemas como grosor desigual y dificultad para controlar la microestructura. Aunque se han explorado técnicas de modificación de polímeros, el rendimiento y la estabilidad a largo plazo en aplicaciones prácticas aún necesitan mejora. Las PEMFC de alta temperatura (HT-PEMFC), que operan a temperaturas elevadas (120°–200°C), ofrecen ventajas como no requerir una gestión compleja del agua, tolerancia al combustible de hidrógeno impuro y la capacidad de integrar calor residual, lo que las convierte en una opción ideal para aplicaciones energéticas. Sin embargo, un problema clave con las PEM dopadas con ácido fosfórico (PA) es la lixiviación de PA, que conduce a la degradación de la capa catalítica y a una eficiencia reducida.
Recientemente, un equipo del University College de Londres desarrolló un sistema de membrana de nanofibras con mejoras estructurales e interfaciales sinérgicas. Sus hallazgos fueron publicados en Science Advances (FI=12.5, cita: Sci. Adv. 11, eadw5747 (2025)) bajo el título “Membranas de nanofibras para mejorar el rendimiento y la optimización de las pilas de combustible de membrana de intercambio protónico”. Mediante la estructura de nanofibras y la ingeniería de superficies, el equipo equilibró la conductividad protónica, la resistencia mecánica y el rendimiento electroquímico en la membrana. Notablemente, la membrana de nanofibras de estructura sandwich (SSNFM) demostró un rendimiento excepcional, alcanzando una densidad de potencia máxima de 942 mW cm⁻² después de 100 horas de prueba de estrés acelerado, superando significativamente los 520 mW cm⁻² de las membranas comerciales convencionales. La caracterización electroquímica reveló una conductividad protónica de 40.4 mS cm⁻¹, superior a los 17.5 mS cm⁻¹ de las membranas comerciales.
El estudio empleó métodos analíticos multiescala, incluyendo tomografía computarizada de rayos X y simulaciones multifásicas, para revelar mejoras en el rendimiento de la membrana, la estabilidad de la capa catalítica y la formación del límite trifásico facilitada por la membrana de nanofibras, promoviendo así un transporte eficiente de carga y masa. El equipo también realizó evaluaciones electroquímicas de las MEAs de NFM poroso de PBI modificado superficialmente y SSNFM (a 160°C, ánodo: H₂ 100 ml min⁻¹, cátodo: O₂ 100 ml min⁻¹), que mostraron un rendimiento excelente en términos de variación del voltaje de circuito abierto (OCV), curvas de polarización y estabilidad en pruebas de estrés acelerado (AST). La estrategia de diseño de membrana propuesta en esta investigación proporciona una solución importante para mejorar el rendimiento de las celdas de combustible en aplicaciones de energía sostenible.
