Así es como las nanopartículas gigantes pueden causar el efecto chisporroteo en las SOFC:
1. Formación de nanopartículas gigantes:durante el funcionamiento de una SOFC, el gas combustible (normalmente hidrógeno) reacciona con los iones de oxígeno en el ánodo para producir vapor de agua y liberar electrones. Estos electrones fluyen a través del circuito externo generando una corriente eléctrica. Sin embargo, bajo ciertas condiciones, especialmente a altas temperaturas de funcionamiento, el material del ánodo (típicamente níquel) puede comenzar a aglomerarse y formar nanopartículas gigantes.
2. Proceso de pulverización catódica:las nanopartículas gigantes formadas en la superficie del ánodo están expuestas a un entorno de alta temperatura y pueden volverse muy móviles. Estas nanopartículas pueden ser pulverizadas o expulsadas de la superficie del ánodo debido a colisiones con moléculas de gas de alta energía o iones presentes en el gas combustible.
3. Deposición en el cátodo:las nanopartículas pulverizadas pueden viajar a través del electrolito y depositarse en la superficie del cátodo. Dado que el cátodo suele estar hecho de un material poroso, las nanopartículas pueden acumularse en sus poros, bloqueando la superficie activa y dificultando la reacción de reducción de oxígeno.
4. Degradación del rendimiento:la acumulación de nanopartículas en la superficie del cátodo obstruye el flujo de oxígeno a los sitios activos del cátodo. Como resultado, la velocidad de la reacción de reducción de oxígeno disminuye, lo que lleva a una reducción en el rendimiento general de la celda. Este fenómeno se observa comúnmente como una caída de voltaje a lo largo del tiempo en las SOFC.
5. Mayor resistencia de la celda:la presencia de nanopartículas en la superficie del cátodo también aumenta la resistencia interna de la celda. Esto se debe a que las nanopartículas actúan como barreras, dificultando la transferencia de electrones e iones entre el cátodo y el electrolito. El aumento de la resistencia contribuye aún más a la disminución del rendimiento celular.
6. Estabilidad a largo plazo:el efecto chisporroteo causado por nanopartículas gigantes puede tener un impacto significativo en la estabilidad y durabilidad a largo plazo de las SOFC. La exposición prolongada a altas temperaturas y gases combustibles puede acelerar la formación y chisporroteo de nanopartículas, lo que lleva a una degradación gradual del rendimiento de la celda con el tiempo.
Minimizar la formación y el impacto de nanopartículas gigantes es un desafío clave en el desarrollo de SOFC duraderas y de alto rendimiento. Se han investigado varias estrategias, como optimizar la microestructura del ánodo, modificar la composición del combustible e incorporar técnicas de mitigación de nanopartículas, para abordar el efecto de pulverización catódica y mejorar el rendimiento general y la estabilidad de las SOFC.
