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Los nuevos diseños innovadores de celdas cerámicas electroquímicas protónicas ahora permiten operar a temperaturas inferiores a 450 °C, lograr densidades de energía más altas y prometen un gran avance en la generación de energía sostenible.
Las celdas electroquímicas cerámicas protónicas (PCEC) con electrolitos a base de óxidos conductores de protones ofrecen posibles soluciones energéticas sostenibles con mayor eficiencia que las celdas tradicionales. Su uso está limitado debido a problemas de producción y a las altas temperaturas de funcionamiento, que a menudo superan los 500 °C.
Investigadores de la Universidad Estatal de Kansas, la Escuela de Minas de Colorado, el Centro Técnico Nissan de Norteamérica (NTCNA), Nissan Motor Company y la Universidad de Oklahoma han desarrollado una estrategia de diseño para reducir las temperaturas de funcionamiento de los PCEC por debajo de 450 °C.
Los investigadores han desarrollado un electrodo positivo compuesto que reduce significativamente diversas resistencias en los PCEC, como la resistencia óhmica y las resistencias asociadas con el contacto electrodo-electrolito y la polarización del electrodo. Combinado con electrolitos óptimos, este electrodo puede mejorar significativamente el rendimiento de PCEC a temperaturas inferiores a 450 °C. Para medir la efectividad de sus enfoques de diseño, Liu, Deng y su equipo fabricaron nuevos PCEC y realizaron pruebas para medir sus densidades de energía y temperaturas de funcionamiento en modos de celda de combustible y electrolizador de vapor.
Los investigadores informaron que los PCEC exhibieron altas densidades de potencia en el modo de pila de combustible (~0,75 W cm-2 a 450 °C y ~0,10 W cm-2 a 275 °C) y excelentes densidades de corriente en el modo de electrólisis de vapor (-1,28 A). .logró cm-2 a 1,4 V y 450 °C) con una densidad de potencia de ~2 W cm-2 a 600 °C. También demostraron el uso directo de metano y amoníaco para la generación de energía por debajo de 450°C y destacaron la estabilidad de sus PCEC para la producción de energía e hidrógeno a 400°C. Estas prometedoras evaluaciones iniciales demuestran el potencial de sus métodos para producir PCEC de alto rendimiento para pilas de combustible y soporte de hidrógeno a temperaturas reducidas. En particular, el electrolito que desarrollaron tenía resistencias comparables o superiores a las de los PCEC anteriores desarrollados mediante complicados procesos de fabricación.
Las estrategias pueden ayudar potencialmente a crear más PCEC que funcionen a temperaturas más bajas, allanando el camino para una adopción más amplia de esta tecnología energética emergente. En el futuro, las mejoras en las células prototipo del equipo podrían optimizar aún más las temperaturas de funcionamiento y aumentar el rendimiento.
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