Las celdas de combustible de cerámica protónica podrían algún día usarse para alimentar cabinas fuera de la red en ubicaciones remotas, generadores de respaldo durante desastres naturales y más.

En el primer estudio a largo plazo de este tipo, Los investigadores de la Escuela de Minas de Colorado han demostrado que la clase relativamente nueva de celdas de combustible exhibe tanto la durabilidad a largo plazo como la flexibilidad del combustible necesarias para convertirse en una alternativa comercial viable a otras tecnologías de celdas de combustible existentes.

En todo, Los investigadores probaron 11 combustibles diferentes:hidrógeno, metano, gas natural doméstico (con y sin sulfuro de hidrógeno), propano, n-butano, i-butano, iso-octano, metanol, etanol y amoníaco:demostrando un rendimiento excelente y una durabilidad excepcional en todos los tipos de combustible durante miles de horas de funcionamiento. Sus hallazgos, "Altamente durable, tolerante a la coquización y al azufre, Pilas de combustible cerámicas protónicas flexibles con combustible, "fueron publicados hoy por la revista Naturaleza .

"Las pilas de combustible de cerámica protónica (PCFC) son muy flexibles en cuanto al combustible. Podemos alimentarlas con todo tipo de combustibles del mundo real y generar electricidad, "dijo Ryan O'Hayre, profesor de ingeniería metalúrgica y de materiales y coautor principal del artículo con Mines Ph.D. candidato Chuancheng Duan. "Eso es muy diferente de otras celdas de combustible que solo funcionan con hidrógeno. Algunas celdas de combustible de óxido sólido de alta temperatura (SOFC) también funcionan con otros combustibles, pero son muy delicadas, si las alimenta con combustibles distintos del hidrógeno, son susceptibles de contaminación y degradación, y su rendimiento cae rápidamente con el tiempo. Nuestras celdas de combustible no enfrentaron esos problemas con pruebas a largo plazo ".

"Nadie puede conseguir que el hidrógeno llegue a su puerta con mucha facilidad, ", Agregó O'Hayre." Pero puedes ir por el camino hacia el 7-Eleven y recoger un tanque de propano ".

La cerámica protónica es relativamente nueva en el mundo de las pilas de combustible, el material se descubrió en Japón en 1980. No fue hasta fines de la década de 1980 y principios de la de 1990, aunque, que la tecnología empezó a ganar aceptación, y en los últimos ocho años aproximadamente, Los investigadores han hecho grandes avances para abordar los problemas de estabilidad y cómo fabricar las membranas densas necesarias para alimentar un dispositivo. Dijo O'Hayre.

Las pruebas de rendimiento realizadas en Minas duraron 10 veces más que cualquier esfuerzo anterior, Dijo O'Hayre. Para las pruebas, Duan diseñó y construyó un sistema de prueba de celdas de combustible en el que podía probar simultáneamente siete celdas con diferentes combustibles durante miles de horas. La configuración requirió un seguimiento cuidadoso durante la mayor parte de dos años.

"La prueba más larga fue 8, 000 horas, que es casi un año entero, ", Dijo Duan." La tasa de degradación de la mayoría de las celdas de combustible fue menos del 3 por ciento por 1, 000 horas, que cumpla con los requisitos de los productos comerciales ".

Desarrollar una tecnología de pila de combustible altamente duradera que pueda utilizar directamente gas natural e hidrocarburos es fundamental cuando se trata de la comercialización. Dijo Duan.

Los investigadores de minas ahora están trabajando con Fuel Cell Energy, una empresa de pilas de combustible con sede en Connecticut, para ampliar la tecnología a escala de laboratorio y desarrollar un prototipo precomercial que podría entregar la cantidad de electricidad necesaria para alimentar una casa rodante o una cabina remota, con financiamiento de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía del Departamento de Energía de EE. UU. (ARPA-E).

"Basándonos en nuestro trabajo y logros actuales, es hora de colaborar con un socio industrial para hacer productos comerciales, "Dijo Duan." En tres años, Habrá una pila PCFC de gas natural directo de 500 vatios desarrollado en base a nuestra tecnología. En menos de 10 años, Habrá una pila PCFC de 1 kilovatio que podría servir como fuente de alimentación doméstica, la fuente de alimentación de respaldo para oficinas o estaciones base móviles ".

"Este es un excelente ejemplo de las fructíferas colaboraciones entre Mines y CoorsTek catalizadas en parte por su apoyo principal para el nuevo Centro CoorsTek para Ciencias Aplicadas e Ingeniería en el campus, ", Dijo O'Hayre." David Hook de CoorsTek encabezó estudios de XRD de alta temperatura que nos ayudaron a comprender mejor el comportamiento de alta temperatura de nuestra membrana cerámica protónica ".