Un equipo de investigación en Corea ha desarrollado una celda de combustible de cerámica que ofrece estabilidad y alto rendimiento al tiempo que reduce la cantidad requerida de catalizador en un factor de 20. El rango de aplicación para las celdas de combustible de cerámica, que hasta ahora solo se han utilizado para la generación de energía a gran escala debido a las dificultades asociadas con las frecuentes puestas en marcha, se puede esperar que se expanda a nuevos campos, como vehículos eléctricos, robots, y drones.

Dr. Ji-Won Son en el Centro de Investigación de Materiales Energéticos, a través de una investigación conjunta con el profesor Seung Min Han en el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST), ha desarrollado una nueva tecnología que suprime el deterioro provocado por el ciclo de reducción-oxidación, una de las principales causas de la degradación de las pilas de combustible cerámicas, reduciendo significativamente la cantidad y el tamaño del catalizador de níquel en el ánodo usando una tecnología de película delgada.

Pilas de combustible cerámicas, representante de pilas de combustible de alta temperatura, generalmente operan a altas temperaturas — 800 ° C o más. Por lo tanto, catalizadores económicos, como el níquel, se puede utilizar en estas celdas, a diferencia de las pilas de combustible de electrolito de polímero de baja temperatura, que utilizan costosos catalizadores de platino. El níquel normalmente comprende aproximadamente el 40% del volumen del ánodo de una pila de combustible de cerámica. Sin embargo, dado que el níquel se aglomera a altas temperaturas, cuando la pila de combustible de cerámica está expuesta a los procesos de oxidación y reducción que acompañan a los ciclos de parada y reinicio, ocurre una expansión incontrolable. Esto da como resultado la destrucción de toda la estructura de la pila de combustible de cerámica. Este fatal inconveniente ha impedido la generación de energía mediante pilas de combustible cerámicas para aplicaciones que requieren frecuentes arranques.

En un esfuerzo por superar esto, El equipo del Dr. Ji-Won Son en KIST desarrolló un nuevo concepto para un ánodo que contiene significativamente menos níquel, sólo 1/20 de una pila de combustible de cerámica convencional. Esta cantidad reducida de níquel permite que las partículas de níquel en el ánodo permanezcan aisladas unas de otras. Para compensar la cantidad reducida de catalizador de níquel, El área de superficie del níquel aumenta drásticamente mediante la realización de una estructura de ánodo donde las nanopartículas de níquel se distribuyen uniformemente por toda la matriz cerámica mediante un proceso de deposición de película delgada. En pilas de combustible cerámicas que utilizan este ánodo novedoso, no se observó deterioro o degradación del rendimiento de las pilas de combustible cerámicas, incluso después de más de 100 ciclos de reducción-oxidación, en comparación con las pilas de combustible cerámicas convencionales, que falló después de menos de 20 ciclos. Es más, la potencia de salida de las nuevas pilas de combustible cerámicas de ánodo se mejoró 1,5 veces en comparación con las pilas convencionales, a pesar de la sustancial reducción del contenido de níquel.

El Dr. Ji-Won Son dijo:"Nuestra investigación sobre la nueva pila de combustible de ánodo se llevó a cabo sistemáticamente en cada etapa, desde el diseño hasta la realización y la evaluación, basado en nuestra comprensión del fracaso de reducción-oxidación, que es una de las principales causas de destrucción de las pilas de combustible cerámicas ".

Dr. Son dijo:"El potencial para aplicar estas pilas de combustible cerámicas en campos distintos a las centrales eléctricas, como para la movilidad, es tremendo ".

Los resultados de la investigación se publicaron en Acta Materialia .