Los avances en una tecnología de pila de combustible impulsada por carbono sólido podrían hacer que la generación de electricidad a partir de recursos como el carbón y la biomasa sea más limpia y eficiente. según un nuevo artículo publicado por investigadores del Laboratorio Nacional de Idaho.

El diseño de la pila de combustible incorpora innovaciones en tres componentes:el ánodo, el electrolito y el combustible. Juntos, Estos avances permiten que la pila de combustible utilice aproximadamente tres veces más carbono que los diseños anteriores de pila de combustible de carbono directo (DCFC).

Las celdas de combustible también operan a temperaturas más bajas y mostraron densidades de potencia máxima más altas que las DCFC anteriores, según el ingeniero de materiales de INL Dong Ding. Los resultados aparecen en la edición de esta semana de la revista. Materiales avanzados .

Mientras que las pilas de combustible de hidrógeno (por ejemplo, la membrana de intercambio de protones (PEM) y otras pilas de combustible) generan electricidad a partir de la reacción química entre el hidrógeno puro y el oxígeno, Los DCFC pueden usar cualquier cantidad de recursos basados ​​en carbono como combustible, incluido el carbón, Coca, alquitrán, biomasa y residuos orgánicos.

Debido a que los DCFC utilizan combustibles fácilmente disponibles, son potencialmente más eficientes que las pilas de combustible de hidrógeno convencionales. "Puede omitir el paso intensivo en energía de producir hidrógeno, "Dijo Ding.

Pero los diseños anteriores de DCFC tienen varios inconvenientes:requieren altas temperaturas, de 700 a 900 grados Celsius, lo que los hace menos eficientes y menos duraderos. Más lejos, como consecuencia de esas altas temperaturas, por lo general, están construidos con materiales costosos que pueden soportar el calor.

También, Los primeros diseños de DCFC no pueden utilizar eficazmente el combustible de carbono.

Ding y sus colegas abordaron estos desafíos diseñando una verdadera celda de combustible de carbono directo que es capaz de funcionar a temperaturas más bajas, por debajo de los 600 grados Celsius. La pila de combustible utiliza carbono sólido, que se muele finamente y se inyecta a través de una corriente de aire en la celda. Los investigadores abordaron la necesidad de altas temperaturas desarrollando un electrolito utilizando materiales altamente conductores:óxido de cerio y carbonato dopados. Estos materiales mantienen su rendimiento a temperaturas más bajas.

Próximo, aumentaron la utilización de carbono mediante el desarrollo de un diseño de ánodo textil cerámico en 3-D que entrelaza haces de fibras como un trozo de tela. Las fibras mismas son huecas y porosas. Todas estas características se combinan para maximizar la cantidad de superficie disponible para una reacción química con el combustible de carbono.

Finalmente, los investigadores desarrollaron un combustible compuesto hecho de carbono sólido y carbonato. "A la temperatura de funcionamiento, ese compuesto es como un fluido, "Ding dijo." Puede fluir fácilmente a la interfaz ".

El carbonato fundido lleva el carbono sólido a las fibras huecas y a los poros del ánodo, aumentando la densidad de potencia de la pila de combustible.

La pila de combustible resultante parece verde, pila de reloj de cerámica que es tan gruesa como un trozo de papel de construcción. Un cuadrado más grande mide 10 centímetros de cada lado. Las pilas de combustible se pueden apilar una encima de la otra dependiendo de la aplicación. los Materiales avanzados La revista publicó un resumen en video aquí:

La tecnología tiene el potencial de mejorar la utilización de combustibles de carbono, como el carbón y la biomasa, debido a que las celdas de combustible de carbono directo producen dióxido de carbono sin la mezcla de otros gases y partículas que se encuentran en el humo de las centrales eléctricas de carbón, por ejemplo. Esto facilita la implementación de tecnologías de captura de carbono, Dijo Ding.

El diseño avanzado de DCFC ya ha atraído la atención de la industria. Ding y sus colegas se están asociando con Storagenergy, con sede en Salt Lake City, C ª., para solicitar una Oportunidad de Financiamiento de Investigación de Innovación de Pequeñas Empresas (SBIR) del Departamento de Energía - Transferencia de Tecnología para Pequeñas Empresas (STTR). Los resultados se anunciarán en febrero de 2018. Una empresa canadiense relacionada con la energía también ha mostrado interés en estas tecnologías DCFC.