Los investigadores de la Universidad de Kyushu han desarrollado celdas de combustible oxidadas sólidas (SOFC) con una alta conductividad de protones a 300 ° C para ayudarlos a alejarse de los combustibles fósiles.
A medida que aumenta la demanda de energía global, los investigadores, la industria, los gobiernos y las partes interesadas están trabajando juntas para desarrollar nuevas formas de satisfacer esa demanda.
Los combustibles oxidados sólidos son prometedores debido a su alta eficiencia y vida larga, pero un inconveniente importante es que necesitan operar a altas temperaturas de alrededor de 700-800 ° C. Por lo tanto, la utilidad de estos dispositivos requiere costosos materiales resistentes al calor.
Actualmente, los investigadores de la Universidad de Kyushu informan que han desarrollado con éxito un nuevo SOFC con una temperatura de funcionamiento eficiente de 300 ° C.
El equipo espera que los nuevos hallazgos conduzcan al desarrollo de celdas de combustible oxidadas sólidas de baja temperatura y baja temperatura, acelerando significativamente las aplicaciones prácticas de estos dispositivos.
¿Cómo funcionan los combustibles oxidados sólidos?
A diferencia de las baterías que emiten energía química almacenada como electricidad, las celdas de combustible convierten los combustibles químicos directamente en electricidad y continúan haciéndolo siempre que se proporcione el combustible.
El corazón de un SOFC es un electrolito, una capa de cerámica que transporta partículas cargadas entre dos electrodos.
En las celdas de combustible de hidrógeno, los electrolitos transportan iones de hidrógeno (también conocidos como protones) para generar energía. Sin embargo, las celdas de combustible deben funcionar a temperaturas muy altas para funcionar de manera eficiente.
«Reducir la temperatura de trabajo a 300 ° C reduce los costos del material y abre la puerta a los sistemas a nivel de consumidor», explicó el profesor Yoshihiro Yamazaki, la plataforma de investigación de energía interdisciplinaria de la Universidad de Kyoto, que dirigió la investigación.
«Sin embargo, la cerámica conocida no podía transportar suficientes protones para acelerar en condiciones» cálidas «. Así que nos propusimos romper ese cuello de botella».
Cambiar las propiedades físicas del material
Los investigadores han investigado varias combinaciones de materiales y dopantes químicos. Esto puede alterar las propiedades físicas de las celdas de combustible de óxido sólido. Esto aumenta la velocidad a la que los protones pasan a través del electrolito.
Yamazaki dijo: “La adición de dopantes químicos puede aumentar el número de protones móviles que pasan por el electrolito, pero generalmente obstruye la red de cristal y ralentiza los protones.
«Buscamos un cristal de óxido de movimiento libre que alberga muchos protones y puede moverse. El equilibrio que finalmente ha afectado a una nueva investigación».
El equipo descubrió que el dopaje con una alta concentración de escandio (SC) permite dos compuestos, aturdimiento de bario (BASNO3) y titanato de bario (BATIO3), para lograr una conductividad de protones de referencia SOFC de 0.01 s/cm o más a 300 ° C.
«Los datos sobre la dinámica de la red revelan que Basno y Batio son esencialmente» más suaves «que los materiales SOFC tradicionales, absorbiendo mucho más SC de lo que se suponía anteriormente», dijo Yamazaki.
Aplicaciones a largo plazo para la descarbonización
Los hallazgos invierten la compensación entre los niveles de dopante y el transporte de iones y proporcionan una vía clara para las celdas de combustible de oxidación sólida de temperatura intermedia de bajo costo.
Yamazaki concluyó: «Más allá de las celdas de combustible, se pueden aplicar los mismos principios a otras tecnologías, como agentes crioelectrolíticos, bombas de hidrógeno y reactores nucleares que convierten CO en productos químicos valiosos.
«Nuestro trabajo transforma las paradojas científicas de larga data en soluciones prácticas, acercando el poder de hidrógeno asequible a la vida cotidiana».
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