15/07/2014 - Pilas de combustible con óxido sólido, una alternativa en estudio

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Un grupo de investigadores del Departamento de Mineralogía y Petrología de la UPV/EHU ha estudiado la utilización de un tipo de material, las perovskitas, para el diseño de pilas de combustible. Las pilas de combustible son similares a las baterías, con la diferencia de que los principales reactivos consumidos son hidrógeno y oxígeno, que deben ser reabastecidos de forma continua.

Este tipo de energías están catalogadas como limpias, “en su proceso de conversión de energía no emiten gases de efecto invernadero (GEI)”, así lo indica la doctora Karmele Vidal, investigadora del grupo IMaCris/MaKrisI de la UPV/EHU, ya que “tras el proceso de generación de electricidad, se produce, como desecho, calor y agua”.

Este equipo de investigación ha trabajado en un tipo particular de pilas de combustible: las celdas de combustible de óxido sólido o SOFCs (por sus siglas en inglés), que operan a alta temperatura, utilizando materiales tipo perovskita para el diseño de ciertos componentes de la pila de combustible, que es un mineral relativamente raro en la corteza terrestre, y la denominación se ha extendido a un grupo más general de cristales que adoptan la misma estructura.

Celdas de combustible de óxido sólido

Tal y cómo indica su nombre, en las pilas de combustible con celdas de óxido sólido, su electrolito conductor de iones es sólido, lo que presenta varias ventajas con respecto a otros tipos de celdas, tal y como explica Karmele Vidal: “Los materiales son relativamente baratos, su sensibilidad para con las impurezas del combustible es baja, y alta su eficiencia y potencia. Además, dado que los componentes son sólidos, su configuración es mucho más versátil, ya que pueden manipularse”. Como contrapunto de tales ventajas, la investigadora destaca que “al trabajar a altas temperaturas, se emplean materiales de mayor coste”.

“Numerosas investigaciones apuntan a que la mejora del contacto entre el interconector y el cátodo es uno de los principales retos para la producción de las pilas SOFC”, señala Vidal. Dicha producción exige el empleo de nuevos materiales que mejoren la adherencia entre los componentes sin reducir la capacidad de la celda. Los materiales empleados como capa de contacto entre interconector y cátodo deben tener una alta conductividad electrónica y una buena estabilidad química y estructural a la temperatura de operación (las pilas operan a 600-800 ºC)

Uso de materiales tipo perovskitas

Los investigadores han trabajado con perovskitas para el diseño de ciertos componentes de la pila de combustible, tales como el cátodo y la capa de contacto, “hemos visto que los materiales tipo perovskita son buenos conductores, tanto electrónicos como iónicos, apropiados, por tanto, para el diseño de la capa de contacto y el cátodo, respectivamente”, señala Vidal.

Preparación de un cátodo SOFC mediante el método de combustión (Fuente UPV/EHU)

Tan importante como el tipo de material utilizado para la fabricación de los componentes de la pila de combustible, “es la manera de sintetizarlo. La temperatura de preparación y el tiempo necesario, entre otros, son variables que afectan a la microestructura del material, un factor que afecta enormemente a las propiedades de este”, explica la investigadora. Entre todos los métodos de síntesis estudiados, el sistema de preparación de las perovskitas que mejor resultado ha dado es la combustión, que consiste, básicamente, en una reacción entre nitratos —oxidante— y glicina —combustible—. Dicha reacción provoca una autocombustión, en la que la llama alcanza altas temperaturas y se forma el material.

Aunque de momento la rentabilidad económica de este tipo de equipos no es buena, ya hay varios prototipos y algún producto comercial basados en dichas pilas de combustible.

Ref

A. Morán-Ruiz, K. Vidal, M.A. Laguna-Bercero, A. Larrañaga, M.I. Arriortua. “Effects of using (La0.8Sr0.2)0.95Fe0.6Mn0.3Co0.1O3 (LSFMC), LaNi0.6Fe0.4O3 (LNF) and LaNi0.6Co0.4O3 (LNC) as contact materials on solid oxide fuel cells”. (2014) J. Power Sources, 248 1067-1076.

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UPV/EHU

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