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Una micro celda de combustible genial
Las pilas de combustible de óxido sólido funcionan de manera eficiente con una amplia variedad de combustibles y biocombustibles convencionales, pero sus altas temperaturas de funcionamiento han limitado sus aplicaciones. Muchos investigadores están trabajando en este problema, desarrollando nuevos electrodos y materiales de electrolitos que operan a temperaturas más bajas sin comprometer el rendimiento. Ahora, investigadores en Japón han demostrado una micro celda de combustible de alto rendimiento que funciona a temperaturas más bajas, gracias a un electrodo reestructurado.
Combustible frío: Esta pila de combustible de óxido sólido tiene una potencia de salida de un vatio a 600 grados Celsius y tiene aproximadamente dos milímetros de diámetro. Su tamaño y temperatura de funcionamiento podrían convertirlo en una fuente de energía adecuada para dispositivos portátiles de arranque rápido.
La celda es adecuada para fuentes de energía portátiles, que requieren un arranque rápido, así como energía auxiliar para automóviles, dice Toshio Suzuki, científico investigador del Instituto Nacional de Japón de Ciencia y tecnología industrial avanzada . Suzuki lideró el desarrollo de la nueva pila de combustible, que se describe hoy en la revista. Ciencias . La celda tiene forma de tubo y unos dos milímetros de diámetro; su potencia de salida es de aproximadamente un vatio a 600 grados Celsius. Las pilas de combustible de óxido sólido convencionales funcionan a temperaturas superiores a los 700 grados.
Las celdas de combustible de óxido sólido generan una corriente eléctrica extrayendo oxígeno del aire y usándolo para oxidar el combustible. El oxígeno entra por el lado del cátodo, el combustible por el lado del ánodo; los dos reaccionan en el electrolito y forman agua y dióxido de carbono como productos de desecho, dependiendo del tipo de combustible. Esta reacción es más eficiente que los generadores convencionales. Las pilas de combustible de óxido sólido también son más eficientes que el otro tipo de pila de combustible predominante, que utiliza catalizadores de platino costosos y una membrana de polímero que puede contaminarse y funciona solo con combustible de hidrógeno.
Las pilas de combustible de óxido sólido son más flexibles, más potentes y no tienen el problema de contaminarse, dice Eric Wachsman , director del Instituto de Energía Sostenible de Florida y presidente de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Florida. El problema con estos dispositivos, dice Wachsman, son las temperaturas de funcionamiento. Esto significa que se puede requerir un tiempo de calentamiento prolongado y no se puede usar en un teléfono celular. Las altas temperaturas también hacen que la celda de la batería se gaste.
El grupo de Suzuki creó una fuente de energía con una temperatura de funcionamiento más baja mejorando la estructura del ánodo, donde entra el combustible. El grupo japonés utilizó técnicas convencionales que incluyen litografía y grabado para hacer ánodos con diversos grados de porosidad. El ánodo de mejor rendimiento fue una estructura muy porosa basada en óxido de níquel, un material convencional para estos electrodos. Suzuki dice que optaron por utilizar materiales existentes porque se ha demostrado su rendimiento a lo largo del tiempo. Estos son materiales confiables para la estabilidad a largo plazo y tienen una ventaja de costo en comparación con otros materiales nuevos para celdas de combustible de óxido sólido a baja temperatura, explica.
El rendimiento es sin duda bastante bueno, dice Harry Tuller , profesor de cerámica y materiales electrónicos en el MIT. Este es un buen estudio sistemático que muestra el impacto evolutivo de las mejoras demostradas en el electrodo, dice. Sin embargo, Tuller advierte que los electrodos y el electrolito están dopados con pequeñas cantidades de materiales costosos, lo que podría aumentar los gastos de las celdas. El ánodo contiene, además de óxido de níquel, una pequeña cantidad del escandio, un elemento raro.
Wachsman dice que es difícil reducir la temperatura de funcionamiento de estas celdas sin comprometer la potencia de salida. También está trabajando en nuevas estructuras de electrodos de celdas de combustible de óxido sólido. Utilizando un conjunto diferente de materiales y un enfoque similar, Wachsman demostró recientemente una celda de combustible con un ánodo reestructurado y un nuevo electrolito para una potencia de salida de dos vatios por centímetro cuadrado a 650 grados. Este trabajo se describe en la revista Comunicaciones electroquímicas .
Suzuki dice que su grupo está en conversaciones con varias empresas sobre la comercialización de las células.