Las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC) ofrecen una forma estable y eficiente de generar energía electroquímica limpia, pero no son prácticos para su uso en dispositivos portátiles debido a sus altas temperaturas de funcionamiento. Una nueva estrategia de diseño y producción desarrollada por Florencia Edith Wiria del Instituto de Tecnología de Fabricación A * STAR de Singapur y Pei-Chen Su en la Universidad Tecnológica de Nanyang podría ayudar a impulsar las SOFC en el uso generalizado1.

Las SOFC a microescala podrían transformar la electrónica de consumo, entregando más energía que las baterías existentes de una manera ecológica. La plata es una alternativa atractiva y asequible a los costosos cátodos de platino empleados en los diseños actuales de micro-SOFC. Pero los electrodos de plata se derriten por lo que no pueden retener la estructura porosa fina requerida para una reacción electroquímica eficiente en el 500-1, 000 grados Celsius rango de temperatura en el que estos dispositivos generalmente operan. Por lo tanto, Wiria y Su buscaron desarrollar una versión resistente al calor de este sistema.

"Esto permitiría la extensión de las SOFC de fuentes de energía estacionarias convencionales a aplicaciones portátiles, "dice Wiria.

Wiria y Su utilizaron una estrategia llamada 'infiltración química húmeda', en el que recubrieron finas películas de plata con una capa de ceria dopada con samario (SDC). Críticamente, su enfoque hizo uso de una impresora 3-D, confiriendo un control exquisito sobre el diseño del electrodo. "Queríamos aprovechar la capacidad de imprimir con precisión, estructuras complejas para realizar fuentes de energía con varias formas, ", dice Wiria. Las películas de plata resultantes conservaron la estructura a nanoescala deseada, pero también estaban protegidos bajo una capa cristalina de SDC.

Mientras que las películas de plata convencionales se derritieron rápidamente en un agregado informe a medida que las temperaturas subieron más allá de los 300-400 grados Celsius, las películas infiltradas con SDC se mantuvieron prácticamente sin cambios incluso a 500 grados Celsius. Esta mayor integridad del cátodo se tradujo en un sólido rendimiento de la pila de combustible después de más de un día de funcionamiento continuo. con un rendimiento que incluso superó a los electrodos de platino. "Mejoramos significativamente la estabilidad térmica de las pilas de combustible de óxido sólido con cátodos de plata nanoporosos de la degradación actual del 73,6% a solo el 7,9%, "dice Wiria.

El análisis microscópico confirmó que la microestructura del electrodo permaneció en gran parte intacta incluso después de esta prueba, y los cátodos infiltrados exhibieron solo una modesta degeneración adicional después de 60 horas de operación.

Este trabajo promete extender enormemente la utilidad de las SOFC a microescala, y Wiria y Su están estudiando modificaciones adicionales que podrían conferir una estabilidad y flexibilidad aún mayores en sus diseños de cátodos. "Actualmente estamos tratando de utilizar un método de 'núcleo-capa' para encapsular completamente nuestras nanopartículas de plata, "explica Wiria, "y buscando otros métodos de impresión 3-D para producir SOFC infiltradas en SDC".