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Una pila de combustible fresca
Un nuevo electrolito para pilas de combustible de óxido sólido, fabricado por investigadores en España, funciona a temperaturas cientos de grados más bajas que las de los electrolitos convencionales, lo que podría ayudar a que estas pilas de combustible sean más prácticas.
Cristales conductores: Una imagen de microscopio electrónico de transmisión de barrido muestra la estructura cristalina de un nuevo material electrolítico para pilas de combustible de óxido sólido que funciona bien a temperatura ambiente.
Jacobo Santamaria , del departamento de física aplicada de la Universidad Complutense de Madrid, en España, y sus colegas han modificado un electrolito de zirconia estabilizado con itria, un tipo común de electrolito en las pilas de combustible de óxido sólido, para que funcione justo por encima de la temperatura ambiente. . Normalmente, tales electrolitos requieren temperaturas de más de 700 ° C. Combinado con mejoras en los electrodos de las pilas de combustible, esto podría reducir la temperatura a la que operan estas pilas de combustible.
Las pilas de combustible de óxido sólido son prometedoras para las plantas de energía de próxima generación porque son más eficientes que los generadores convencionales, como las turbinas de vapor, y pueden utilizar una mayor variedad de combustibles que otras pilas de combustible. Pueden generar electricidad con gasolina, diesel, gas natural e hidrógeno, entre otros combustibles. Pero las altas temperaturas requeridas para un funcionamiento eficiente encarecen las pilas de combustible de óxido sólido y limitan sus aplicaciones. El electrolito de baja temperatura informado por los investigadores españoles podría ser una tremenda mejora para las pilas de combustible de óxido sólido, dice Eric Wachsman , director del Instituto de Energía Sostenible de Florida, en la Universidad de Florida.
En una celda de combustible de óxido sólido, se alimenta oxígeno a un electrodo y combustible al otro. El electrolito permite que los iones de oxígeno migren de un electrodo a otro, donde se combinan con el combustible; en el caso más simple, en el que el hidrógeno es el combustible, este produce agua y libera electrones. El electrolito evita que los electrones viajen directamente de regreso al lado de oxígeno de la celda de combustible, lo que los obliga a viajar a través de un circuito externo, generando electricidad. A través de esta ruta tortuosa, eventualmente encuentran su camino hacia el electrodo de oxígeno, donde se combinan con el gas oxígeno para formar iones de oxígeno, perpetuando el ciclo.
El electrolito, que es un material sólido, generalmente solo conduce iones a altas temperaturas. Santamaria, basándose en trabajos anteriores de otros investigadores, descubrió que la conductividad iónica a bajas temperaturas podría mejorarse en gran medida combinando capas de los materiales electrolíticos estándar con capas de titanato de estroncio de 10 nanómetros de espesor. Descubrió que, debido a las diferencias en las estructuras cristalinas de los materiales, un gran número de vacantes de oxígeno, lugares dentro de las estructuras cristalinas de los materiales que normalmente albergarían un átomo de oxígeno, se formaron donde estos dos materiales se encuentran. Estas vacantes forman vías que permiten que los iones de oxígeno se muevan a través del material, mejorando la conductividad de los materiales a temperatura ambiente en un factor de 100 millones.
El material aún está lejos de incorporarse a las pilas de combustible comerciales. Por un lado, la gran mejora en la conductividad iónica requerirá una verificación adicional, dice Wachsman, especialmente a la luz de la dificultad de medir el rendimiento de materiales extremadamente delgados. En segundo lugar, la dirección de la conductividad mejorada, a lo largo del plano del material en lugar de perpendicular a él, requerirá un rediseño de las pilas de combustible actuales. Es más, el factor limitante de la temperatura en las pilas de combustible ahora son los materiales de los electrodos. Antes de que sean posibles las pilas de combustible de óxido sólido a temperatura ambiente, también será necesario mejorarlas.
Sin embargo, si los resultados iniciales son confirmados por investigaciones futuras, los nuevos materiales representarán un avance significativo. Ivan Schuller , profesor de física en la Universidad de California en San Diego, dice que esto representa un cambio importante en el rendimiento de los electrolitos. Añade: Seguramente motivará mucho trabajo nuevo por parte de otros.