Importante avance en el campo de las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC). Imagen: Shriram Ramanathan, Harvard School of Engineering and Applied Sciences.
Un interesante escenario se abre en la aplicación de las pilas de combustible de óxido sólido, tras el desarrollo de los primeros dispositivos con películas delgadas a macroescala que incrementan el campo de acción de estas pilas. El avance ha sido logrado por especialistas de la School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) de Harvard University y de la empresa SiEnergy Systems LLC.
Hasta el momento, las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC) habían sido utilizadas en el terreno de la microescala, siendo ésta la primera ocasión en la que un grupo de investigación ha superado los problemas estructurales de llevar la tecnología hasta un tamaño macro, manteniendo la practicidad de los dispositivos y obteniendo una potencia proporcionalmente mayor.
Este logro confirma el potencial de las pilas de combustible de óxido sólido como fuente viable de energía limpia. El trabajo fue difundido a través de una nota de prensa de la Harvard University, y también se resumió en un artículo publicado en la revista especializada Nature Nanotechnology.
La investigación ha permitido demostrar una efectividad en términos energéticos en las pilas a macroescala comparable con la obtenida con los dispositivos a microescala. Esto se obtiene con membranas o películas un centenar de veces más grandes, lo que demuestra que la tecnología es escalable. Así lo confirmó el investigador principal, Shriram Ramanathan.
Hasta el momento, las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC) habían sido utilizadas en el terreno de la microescala, siendo ésta la primera ocasión en la que un grupo de investigación ha superado los problemas estructurales de llevar la tecnología hasta un tamaño macro, manteniendo la practicidad de los dispositivos y obteniendo una potencia proporcionalmente mayor.
Este logro confirma el potencial de las pilas de combustible de óxido sólido como fuente viable de energía limpia. El trabajo fue difundido a través de una nota de prensa de la Harvard University, y también se resumió en un artículo publicado en la revista especializada Nature Nanotechnology.
La investigación ha permitido demostrar una efectividad en términos energéticos en las pilas a macroescala comparable con la obtenida con los dispositivos a microescala. Esto se obtiene con membranas o películas un centenar de veces más grandes, lo que demuestra que la tecnología es escalable. Así lo confirmó el investigador principal, Shriram Ramanathan.
Detalle de los avances
Las pilas de combustible de óxido sólido crean energía eléctrica mediante una reacción electroquímica que tiene lugar a través de una membrana ultrafina. Esta membrana, de 100 nanómetros, comprende el electrolito y los electrodos y debe ser lo suficientemente delgada para permitir que los iones pasen a una temperatura relativamente baja.
Las bajas temperaturas facilitan una rápida puesta en marcha, un diseño más compacto y un menor uso de materiales complejos. Sin embargo, hasta ahora, las películas finas se habían aplicado con éxito solamente en las pilas de combustible de óxido sólido a microescala o micro-SOFC´s.
En esos casos, cada chip incorporado en la pila de combustible presenta un tamaño aproximado de 100 micrones de ancho. Para aplicaciones prácticas, como por ejemplo el uso de fuentes de alimentación compacta, las SOFC´s deben ser aproximadamente 50 veces más anchas.
Después de fortalecer las películas finas con una malla metálica, que funciona como elemento estructural fundamental y al mismo tiempo sirve como colector de corriente, el equipo dirigido por Ramanathan fue capaz de fabricar chips de 5 milímetros de ancho. Al combinar cientos de estos chips, se crean pilas de combustible de óxido sólido de un tamaño suficiente como para caber en la palma de una mano.
Las pilas de combustible de óxido sólido crean energía eléctrica mediante una reacción electroquímica que tiene lugar a través de una membrana ultrafina. Esta membrana, de 100 nanómetros, comprende el electrolito y los electrodos y debe ser lo suficientemente delgada para permitir que los iones pasen a una temperatura relativamente baja.
Las bajas temperaturas facilitan una rápida puesta en marcha, un diseño más compacto y un menor uso de materiales complejos. Sin embargo, hasta ahora, las películas finas se habían aplicado con éxito solamente en las pilas de combustible de óxido sólido a microescala o micro-SOFC´s.
En esos casos, cada chip incorporado en la pila de combustible presenta un tamaño aproximado de 100 micrones de ancho. Para aplicaciones prácticas, como por ejemplo el uso de fuentes de alimentación compacta, las SOFC´s deben ser aproximadamente 50 veces más anchas.
Después de fortalecer las películas finas con una malla metálica, que funciona como elemento estructural fundamental y al mismo tiempo sirve como colector de corriente, el equipo dirigido por Ramanathan fue capaz de fabricar chips de 5 milímetros de ancho. Al combinar cientos de estos chips, se crean pilas de combustible de óxido sólido de un tamaño suficiente como para caber en la palma de una mano.
Funcionamiento integral
Si bien ha habido intentos anteriores de otros investigadores en cuanto a la aplicación de las mallas metálicas como refuerzo estructural, Ramanathan y sus colegas son los primeros en obtener SOFC´s a macroescala con un funcionamiento integral. Asimismo, la densidad de energía de estas pilas de combustible, de 155 milivatios por centímetro cuadrado (a 510 grados centígrados) es comparable a la densidad de potencia de las micro-SOFC´s.
Cuando esta densidad se multiplica por el área activa mucho mayor de estas nuevas pilas de combustible a macroescala, esta condición se traduce en una densidad de potencia lo suficientemente alta como para su aplicación en objetivos hasta hoy inexplorados.
En los próximos meses, el grupo de ingenieros e investigadores explorará distintas funcionalidades de estas pilas para su uso como combustible alternativo, además de avanzar en diferentes medidas destinadas a mejorar la estabilidad microestructural de los electrodos.
Los investigadores esperan que el trabajo futuro en SOFC´s incorpore estas nuevas tecnologías a gran escala, mejorando la funcionalidad de los dispositivos y su rango de aplicaciones. El presente trabajo ha recibido el apoyo de la National Science Foundation (NSF), y fue realizado en parte en el Center for Nanoscale System de Harvard University, miembro de la National Nanotechnology Infrastructure Network.
Si bien ha habido intentos anteriores de otros investigadores en cuanto a la aplicación de las mallas metálicas como refuerzo estructural, Ramanathan y sus colegas son los primeros en obtener SOFC´s a macroescala con un funcionamiento integral. Asimismo, la densidad de energía de estas pilas de combustible, de 155 milivatios por centímetro cuadrado (a 510 grados centígrados) es comparable a la densidad de potencia de las micro-SOFC´s.
Cuando esta densidad se multiplica por el área activa mucho mayor de estas nuevas pilas de combustible a macroescala, esta condición se traduce en una densidad de potencia lo suficientemente alta como para su aplicación en objetivos hasta hoy inexplorados.
En los próximos meses, el grupo de ingenieros e investigadores explorará distintas funcionalidades de estas pilas para su uso como combustible alternativo, además de avanzar en diferentes medidas destinadas a mejorar la estabilidad microestructural de los electrodos.
Los investigadores esperan que el trabajo futuro en SOFC´s incorpore estas nuevas tecnologías a gran escala, mejorando la funcionalidad de los dispositivos y su rango de aplicaciones. El presente trabajo ha recibido el apoyo de la National Science Foundation (NSF), y fue realizado en parte en el Center for Nanoscale System de Harvard University, miembro de la National Nanotechnology Infrastructure Network.