En esta era de la posindustrialización, la electricidad se ha convertido en la columna vertebral de nuestra sociedad. Sin embargo, utilizar combustibles fósiles para generarlo no es la mejor opción debido a su disponibilidad limitada y su naturaleza dañina. En las últimas dos décadas, Se han realizado importantes esfuerzos para desarrollar técnicas que fomenten la energía sostenible. Contra la cortina, Las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC) se han convertido en una alternativa limpia y altamente eficiente que puede generar energía eléctrica. Sin embargo, un gran inconveniente de las SOFC son sus altas temperaturas de funcionamiento, restringiendo su uso generalizado.

Varios estudios previos han intentado superar este inconveniente mejorando la conductividad a altas temperaturas utilizando óxidos de tipo fluorita como CeO _2-δ . Normalmente, estos óxidos de fluorita están disponibles en forma porosa, y se cree que su mecanismo de conductividad depende de la adsorción superficial de las moléculas de agua, que es el proceso de adhesión de átomos o moléculas a una superficie.

Un equipo de científicos de la Universidad de Ciencias de Tokio, dirigido por el Dr. Tohru Higuchi, llevó esta investigación un paso adelante. En su nuevo estudio publicado en Cartas de investigación a nanoescala , los investigadores exploraron el efecto del "dopaje, "que es el proceso de agregar impurezas para alterar su conductividad, sobre estos óxidos, que son un muy buen candidato para SOFC. Los investigadores "doparon" el óxido con un metal llamado Samario (Sm). Luego, depositaron películas delgadas de este óxido dopado sobre un sustrato de óxido de aluminio (Al ₂ O ₃ ) en una dirección específica conocida por mejorar la conductividad. El Dr. Higuchi considera que esto es una ventaja, declarando, "Al considerar dispositivos prácticos, las formas de película delgada son más adecuadas que las formas porosas o nanocristalinas ".

Luego, el equipo de investigación caracterizó la calidad cristalina y la estructura electrónica de la película novedosa. También compararon la diferencia de conductividad entre esta nueva película y los óxidos cerámicos gruesos comúnmente utilizados en la industria. Sus hallazgos revelaron que la muestra de cerámica presentaba poca cristalinidad y una conductividad protónica deficiente en comparación con la muestra de película delgada.

Y lo que es más, Se encontró que la "resistividad", o la resistencia al flujo eléctrico, de la película delgada disminuía con el aumento de la humedad debido a la "conducción de protones" en los óxidos de tipo fluorita. como lo explica el mecanismo de Grotthuss. Una molécula de agua consta de dos átomos de oxígeno y un átomo de hidrógeno. Las moléculas de agua tienen enlaces entre ellas, llamados "enlaces de hidrógeno". El mecanismo de Grotthuss (o el mecanismo de "salto-giro") permite que las moléculas de agua se dividan en iones que aumentan la conductividad, y por lo tanto se mueven de un enlace de hidrógeno a otro. Se encontró que la nueva película exhibía conducción protónica superficial en la región de baja temperatura por debajo de 100 ° C.

Esta nueva película, con su alta conductividad a temperatura ambiente, seguramente tendrá varias aplicaciones en el futuro. En lo que respecta a las SOFC, El Dr. Higuchi concluye, "Nuestro estudio sobre membranas de electrolitos presenta hallazgos radicales que pueden ayudar a reducir la temperatura de funcionamiento de las SOFC, y puede ser un sistema alternativo para fabricar dispositivos más prácticos que utilicen óxidos de tipo fluorita en SOFC, y abrir nuevas vías para la generación de energía nuclear y térmica en el futuro ".