Publicación

Tipo de publicación: Artículos científicos (Publicados en revistas de divulgación o científicas)

Título del artículo: MULTISCALE STRUCTURE–TRANSPORT–PERFORMANCE RELATIONSHIPS IN POROUS CATALYST LAYERS FOR ELECTROCHEMICAL HYDROGEN COMPRESSION

Registrado por: Catalysts

Año de publicación: 2026

Resumen: El rendimiento electroquímico de los compresores electroquímicos de hidrógeno (EHC, por sus siglas en inglés) depende de manera crítica de la microestructura jerárquica de sus capas catalíticas (CL), donde las fases de platino, carbono e ionómero gobiernan el transporte acoplado de carga y masa a escalas nanométricas (Nano) y mesoporosas (Meso), siendo esta última caracterizada por las fases de aglomerados y poros. Este trabajo presenta un marco experimental-computacional para establecer relaciones cuantitativas entre la microestructura, el transporte y el rendimiento en las CL de los EHC.

Las CL se fabricaron mediante deposición por electrospray sobre membranas Nafion® 117 y se caracterizaron mediante microscopía electrónica de barrido, a partir de la cual se extrajeron 33 microestructuras computacionales (MC) representativas de la escala Meso, que se utilizaron para ensamblar una celda EHC y obtener experimentalmente las curvas de polarización. Microestructuras computacionales estadísticamente equivalentes a escala Nano resolvieron la conectividad de las fases dentro de la fase de aglomerados y determinaron el área catalítica efectiva a partir de las configuraciones de las fases vecinas.

Los coeficientes efectivos de transporte correspondientes a la conductividad electrónica, la conductividad protónica y la difusividad del H? se calcularon mediante el método de volumen finito y se acoplaron a un modelo analítico de polarización mediante un enfoque multiescala. Las conductividades electrónica y protónica están controladas por la conectividad de las fases conductoras a escala Nano, mientras que la difusividad del H? está gobernada por la fracción y la distribución espacial de los poros a escala Meso, presentando variaciones superiores a tres órdenes de magnitud.

Los factores de acoplamiento del transporte multiescala obtenidos mediante calibración inversa redujeron las discrepancias entre el modelo y los experimentos hasta 0.05 V, validando el marco propuesto para el diseño de electrodos de compresores electroquímicos de hidrógeno.

Editorial:

Número de páginas:

Autor(es): Alfonso Navarro-Montejo; Carlos Pacheco; Enrique Escobedo; Abimael Rodriguez; Romeli Barbosa

Campo: Ingeniería

Disciplina: Energía

Subdisciplina: Hidrógeno y electroquímica aplicada

Número de registro: https://doi.org/10.3390/catal16060535