A medida que aumenta la demanda mundial de energía, existe un esfuerzo concertado entre investigadores, líderes industriales y gobiernos para encontrar métodos innovadores para la generación de energía. Esta necesidad se ve agravada por la actual crisis climática, que ha impulsado la búsqueda de alternativas sostenibles a los combustibles fósiles.
Una tecnología prometedora para generar olas es la pila de combustible de óxido sólido (SOFC). A diferencia de las baterías tradicionales, que almacenan energía química para su posterior liberación, las SOFC convierten los combustibles químicos directamente en electricidad, proporcionando una fuente de energía continua mientras se suministre el combustible. Aunque la mayoría de la gente está familiarizada con las pilas de combustible de hidrógeno que utilizan gas hidrógeno para producir electricidad y agua, las SOFC tienen algunas ventajas y desafíos.
Una limitación importante de las SOFC es que funcionan a temperaturas muy altas, normalmente entre 700 y 800 °C. Lograr y mantener estas temperaturas requiere materiales especiales que puedan soportar el calor extremo, lo que aumenta los costos.
Los investigadores de la Universidad de Kyushu han dado un paso hacia la solución de este problema, anunciaron en la revista. Ingredientes naturales Su desarrollo de una SOFC que funciona eficientemente a una temperatura muy baja de 300°C. Este avance tiene el potencial de reducir significativamente los costos y facilitar la implementación de SOFC de baja temperatura en aplicaciones del mundo real.
En el centro de cada SOFC hay una capa cerámica responsable de transferir partículas cargadas entre los electrodos del electrolito. En las pilas de combustible de hidrógeno, este electrolito contiene protones, que son fundamentales para generar electricidad. Tradicionalmente, es fundamental mantener las altas temperaturas necesarias para garantizar un transporte eficiente de protones.
El profesor Yoshihiro Yamazaki, que dirige el estudio en la Plataforma de Investigación Energética Inter/Transdisciplinaria de la Universidad de Kyushu, enfatizó las implicaciones de reducir la temperatura de funcionamiento. Lograr la funcionalidad a 300°C reducirá significativamente los costos de materiales y ayudará a desarrollar sistemas a escala de consumidor, señaló. Sin embargo, reconoció que ningún material cerámico identificado previamente podría transportar protones suficientemente a estas bajas temperaturas.
Para superar esta limitación, los investigadores se han centrado en la compleja interacción dentro de la red cristalina de los electrolitos. Los protones pasan a través de los huecos en esta disposición atómica. Aunque se han probado varios dopantes químicos para mejorar la movilidad de los protones, a menudo generan barreras que impiden la movilidad. El equipo de Yamazaki buscó cristales de óxido que pudieran contener una gran cantidad de protones sin ralentizarlos.
Finalmente, encontraron una combinación de estanato de bario (BaSnO3) y titanato de bario (BaTiO3), ambos dopados con escandio (Sc), que logró una conductividad de protones de más de 0,01 S/cm a 300°C, comparable a los electrolitos SOFC convencionales que funcionan a temperaturas más altas.
Los investigadores revelaron que los átomos de escandio se coordinan con los átomos de oxígeno que los rodean para formar “autopistas de Sco6”, facilitando el movimiento de protones a lo largo de estas vías con menos resistencia. Los análisis estructurales y las simulaciones indicaron que BaSnO3 y BaTiO3 exhiben una naturaleza “más suave” distintiva en comparación con los materiales convencionales, lo que les permite absorber mayores cantidades de escandio de lo que se pensaba anteriormente.
Este avance allana el camino para las SOFC de temperatura intermedia económicamente viables, revolucionando la accesibilidad de la tecnología de pilas de combustible. Los métodos y principios derivados de esta investigación pueden extenderse más allá de las celdas de combustible para mejorar la electrólisis a baja temperatura, las bombas de hidrógeno y los sistemas de conversión de CO2, ampliando en última instancia los esfuerzos destinados a la descarbonización.
Yamazaki concluye que sus hallazgos convertirán un antiguo dilema científico en una solución viable, acercando a la sociedad a la integración de la energía asequible del hidrógeno en la vida cotidiana.
