(Izquierda) Cada mancha oscura dentro de los nueve círculos blancos es una pequeña celda de combustible. Se muestra una batería AA para comparar el tamaño. Crédito de la imagen:Caroline Perry, SEAS Communications (derecha) Uno de los nueve círculos se amplía en esta imagen, mostrando la superficie arrugada de la membrana electroquímica. Crédito de la imagen:Quentin Van Overmeere
(Phys.org) - Pilas de combustible, que generan electricidad a partir de la energía química de un combustible como el hidrógeno, no son intrínsecamente capaces de almacenar energía. Cuando el suministro de hidrógeno de una pila de combustible se agota o se interrumpe temporalmente, la potencia de salida de la celda se reduce rápidamente a cero. Si una aplicación requiere almacenamiento de energía, entonces la pila de combustible debe estar acoplada a un dispositivo de almacenamiento de carga externo, como una batería, lo que aumenta el peso y el volumen del sistema. Pero ahora los investigadores han diseñado una pila de combustible de hidrógeno con un nuevo ánodo que puede suministrar electricidad hasta 14 veces más que las pilas de combustible convencionales. que podría ser particularmente útil para aplicaciones de energía móvil.
Los investigadores, Quentin Van Overmeere, Kian Kerman, y Shriram Ramanathan, en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard en Cambridge, Massachusetts, han publicado su estudio sobre las pilas de combustible de óxido sólido que almacenan energía (SOFC) en una edición reciente de Nano letras .
En su estudio, los investigadores fabricaron el ánodo de la celda de combustible de óxido sólido con óxido de vanadio o una combinación de óxido de vanadio y platino poroso. El vanadio es conocido por su tendencia a cambiar el estado de oxidación, un proceso que implica la transferencia de electrones. Dado que una clave para permitir que las celdas de combustible almacenen carga es usar materiales que puedan transferir cargas eléctricas de manera reversible, Las propiedades del vanadio lo convierten en un buen candidato para estas tecnologías.
"Esta SOFC de película fina aprovecha los avances recientes en el funcionamiento a baja temperatura para incorporar un material nuevo y más versátil, "dijo Ramanathan." El óxido de vanadio en el ánodo se comporta como un material multifuncional, permitiendo que la pila de combustible genere y almacene energía ".
Los experimentos de los investigadores demostraron que, después de que se apaga el suministro de combustible de hidrógeno, las pilas de combustible con el ánodo de óxido de vanadio podrían generar energía durante más de 3 minutos, en comparación con aproximadamente 10-15 segundos para las pilas de combustible con ánodos de platino porosos. Ambas pilas de combustible produjeron una cantidad comparable de energía, y los investigadores esperan que las mejoras futuras se extiendan aún más este tiempo. Con la capacidad de almacenar energía electroquímica, Podría pensarse que el nuevo dispositivo combina las características de una pila de combustible y una batería.
La configuración del laboratorio para probar pilas de combustible de óxido sólido. Crédito de la imagen:Caroline Perry, Comunicaciones SEAS
Por ahora, los investigadores no saben exactamente qué permite que funcione la nueva celda de combustible después de que se corta su suministro. Identificaron y probaron tres posibles mecanismos de almacenamiento de carga, con los resultados que muestran que la oxidación reversible del ánodo contribuyó con una porción de la carga observada, pero no tuvo en cuenta todo. El hallazgo sugiere que la generación de energía en ausencia de combustible surge de múltiples mecanismos.
Aunque la identificación de los mecanismos subyacentes requerirá más investigación, el descubrimiento de que los ánodos de óxido de vanadio pueden almacenar energía y suministrar energía cuando se agota el suministro de combustible podría ser útil para desarrollar futuras fuentes de energía en miniatura. Las aplicaciones podrían incluir sistemas autónomos en miniatura, tecnologías militares, y otros dispositivos que necesitan funcionar durante períodos de tiempo cortos.
"Vehículos aéreos no tripulados, por ejemplo, realmente se beneficiaría de esto, ", dijo Van Overmeere." Cuando es imposible repostar en el campo, un impulso adicional de energía almacenada podría prolongar significativamente la vida útil del dispositivo ".
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