Una nueva tecnología de recubrimiento catalítico, desarrollada por un equipo de investigadores surcoreanos, podría transformar el rendimiento de las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC) en sólo cuatro minutos. Esta innovación promete mejorar la eficiencia energética y la estabilidad química de estos dispositivos, allanando el camino para aplicaciones industriales más amplias.
El Dr. Yoonseok Choi del Laboratorio de Materiales de Convergencia de Hidrógeno del Instituto de Investigación Energética de Corea (KIER), en colaboración con otros investigadores, ha desarrollado una tecnología de recubrimiento catalítico que mejora significativamente el rendimiento de las SOFC en sólo cuatro minutos.
Las pilas de combustible son cada vez más reconocidas como dispositivos de energía limpia y altamente eficientes, que desempeñan un papel clave en la economía del hidrógeno. Entre ellas, las SOFC destacan por su mayor eficiencia de generación de energía y su capacidad para utilizar diversos combustibles como hidrógeno, biogás y gas natural. Además, permiten la producción combinada de calor y electricidad a partir del calor generado durante el proceso.
SOFC : Un tipo de pila de combustible donde los electrodos y el electrolito son materiales sólidos y funcionan a altas temperaturas superiores a los 700 grados Celsius.
Mejora de los electrodos compuestos LSM-YSZ.
El rendimiento de las SOFC depende en gran medida de la cinética de la reacción de reducción de oxígeno (ORR) que se produce en el electrodo de aire (cátodo). Dado que la velocidad de reacción en el electrodo de aire es más lenta que la del electrodo de combustible (ánodo), limita la velocidad de reacción general. Para superar esta cinética lenta, los investigadores están desarrollando nuevos materiales para electrodos de aire con alta actividad ORR. Sin embargo, estos nuevos materiales generalmente carecen de estabilidad química, por lo que requieren una investigación continua.
En lugar de centrarse en nuevos materiales, el equipo de investigación optó por mejorar el rendimiento del electrodo compuesto LSM-YSZ, un material muy utilizado en la industria por su excepcional estabilidad. Así, desarrollaron un proceso de recubrimiento para aplicar catalizadores de óxido de praseodimio (PrOx) a nanoescala en la superficie del electrodo compuesto, promoviendo activamente la reacción de reducción de oxígeno.
Electrodo compuesto LSM-YSZ : Compuesto por LSM (Manganita de lantano y estroncio) y electrolito conductor de iones de oxígeno YSZ (Zirconia estabilizada con itria), este material se utiliza tradicionalmente en la industria como electrodo de aire debido a su excepcional compatibilidad térmica y química.
Un método innovador de deposición electroquímica
El equipo de investigación introdujo un método de deposición electroquímica que funciona a temperatura ambiente y presión atmosférica y no requiere equipos ni procesos complejos.
Al sumergir el electrodo compuesto en una solución que contiene iones de praseodimio (Pr) y aplicar una corriente eléctrica, los iones de hidróxido (OH-) generados en la superficie del electrodo reaccionan con los iones de praseodimio, formando un precipitado que cubre el electrodo de manera uniforme. Luego, esta capa de recubrimiento se somete a un proceso de secado, transformándose en un óxido estable que promueve efectivamente la reacción de reducción de oxígeno del electrodo en ambientes de alta temperatura. Todo el proceso de recubrimiento dura sólo cuatro minutos.
Deposición electroquímica catódica (CELD) : Método que utiliza reacciones electroquímicas para depositar metales o compuestos metálicos en la superficie de un electrodo.
Resultados alentadores para la industria
Al operar el electrodo compuesto recubierto de catalizador y el electrodo compuesto convencional durante más de 400 horas, el equipo observó una reducción en la resistencia a la polarización en un factor de diez. Además, la SOFC que utilizó este electrodo recubierto mostró una densidad de potencia máxima tres veces mayor (142 mW/cm² → 418 mW/cm²) que la del caso sin recubrimiento, a 650 grados Celsius. Esto representa el rendimiento más alto informado para SOFC que utilizan electrodos compuestos LSM-YSZ en la literatura.
El Dr. Yoonseok Choi, coautor correspondiente, dijo: “La técnica de deposición electroquímica que desarrollamos es un proceso posterior que no afecta significativamente el proceso de fabricación de SOFC existente. Esto lo hace económicamente viable para la introducción de nanocatalizadores de óxido, aumentando así su aplicabilidad industrial.»
Él ha añadido : “Hemos conseguido una tecnología clave que se puede aplicar no sólo a las SOFC sino también a diversos dispositivos de conversión de energía, como la electrólisis de alta temperatura (SOEC) para la producción de hidrógeno.»
Leyenda de la ilustración: Foto del equipo de investigación conjunto (Yoon-Seok Choi, investigador principal, extremo derecho) – Crédito: Instituto Coreano de Investigación Energética (KIER)
Artículo : « Revitalización de la reactividad de reducción de oxígeno de electrodos de óxido compuesto mediante nanocatalizadores PrOx depositados electroquímicamente » – DOI : 10.1002/adma.202307286
