(PhysOrg.com) - La adición de cristales extremadamente pequeños al material electrolítico sólido tiene el potencial de aumentar considerablemente la eficiencia de las celdas de combustible. Los investigadores de TU Delft fueron los primeros en documentar esto con precisión. Su segundo artículo sobre el tema en muy poco tiempo fue publicado en la revista científica, Materiales funcionales avanzados .

Los investigadores de la Facultad de Ciencias Aplicadas de TU Delft concentraban sus esfuerzos en mejorar los materiales electrolíticos. Este es el material entre dos electrodos, por ejemplo en una pila de combustible o una batería. Cuanto mejores sean las características del electrolito, el mejor, De manera más compacta o más eficiente, la pila de combustible o la batería funcionan.

El electrolito suele ser líquido, pero esto tiene varios inconvenientes. El líquido tiene que estar muy bien encerrado, por ejemplo, y ocupa una cantidad relativamente grande de espacio. "Por lo tanto, sería preferible tener un electrolito hecho de materia sólida, "dice el estudiante de doctorado Lucas Haverkate." Desafortunadamente, eso también tiene desventajas. La conductividad en materia sólida no es tan buena como en un líquido ".

"En una materia sólida tienes una red de iones, en el que se toman prácticamente todas las posiciones de la red. Esto dificulta que las partículas cargadas (protones) se muevan de un electrodo a otro. Es un poco como un atasco en una autopista. Lo que hay que hacer es crear espacios libres en la red ".

Una de las formas de lograrlo, y por lo tanto de conductividad creciente en electrolitos sólidos, es agregar nanocristales (de siete nanómetros a alrededor de cincuenta nanómetros), de dióxido de titanio. "Una característica de estos TiO ₂ cristales es que atraen protones, y esto crea más espacio en la red ". Los nanocristales se mezclan en el electrolito con un ácido sólido (CsHSO ₄ ). Este último material "entrega" los protones a los cristales. "La adición de los cristales parece provocar un salto enorme en la capacidad conductora, hasta un factor de 100, "concluye Haverkate.

Este notable logro de TU Delft ya ha dado lugar a dos publicaciones en la revista científica Advanced Functional Materials. El pasado diciembre, Haverkate publicó un artículo sobre la teoría detrás de los resultados. Su compañero de doctorado, Wing Kee Chan, es el autor principal de un segundo artículo que apareció en la misma publicación esta semana. Chan se centró en el lado experimental de la investigación. "Lo bueno de estas dos publicaciones es que los resultados experimentales y la base teórica se complementan fuertemente entre sí, "dice Haverkate.

Chan llevó a cabo mediciones en el material electrolítico utilizando el método de difracción de neutrones. Esto implica enviar neutrones a través del material. La forma en que se dispersan los neutrones permite deducir ciertas características del material, como la densidad de protones en los cristales. Haverkate:"Es la primera vez que se toman medidas de electrolitos de material sólido de esta manera, y en tan pequeña escala. El hecho de que tuviéramos tecnologías de investigación nuclear en el Reactor Institute Delft a nuestra disposición fue tremendamente valioso ".

Sin embargo, la combinación de TiO ₂ y CsHSO ₄ no marca el final de la búsqueda de un electrolito de material sólido adecuado. Se probarán otras combinaciones de materiales que pueden lograr mejores puntajes en el área de estabilidad, por ejemplo. Profesor Fokko Mulder, quién es el supervisor de doctorado de Haverkate y Chan, dice. "En este punto, estamos más preocupados por adquirir una comprensión fundamental y un modelo útil, que la cuestión concreta de averiguar cuál es el material más adecuado. Es importante que identifiquemos el efecto de los nanocristales, y darle una base teórica. Creo que existe un gran potencial para estos electrolitos. También tienen el beneficio adicional de seguir funcionando bien en un amplio rango de temperaturas, lo que es de especial relevancia para su aplicación en pilas de combustible ".