Las células de combustible de óxido sólido funcionan con un alto grado de eficiencia en una amplia gama de combustibles y biocombustibles convencionales, aunque las altas temperaturas a las que operan han limitado el número de aplicaciones. Existen muchos investigadores que en la actualidad trabajan para solucionar este problema, mediante el desarrollo de nuevos materiales de electrodo y electrolito capaces de operar a temperaturas más bajas sin comprometer el rendimiento. Un equipo de investigadores en Japón acaba de hacer una demostración de una célula de micro combustible de alto rendimiento capaz de operar a temperaturas más bajas, gracias a la reestructuración del electrodo.

“La célula se puede utilizar en fuentes de energía portátiles, que requieren un encendido rápido,” así como fuente de energía auxiliar para los automóviles, afirma Toshio Suzuki, científico investigador en el Instituto Nacional de Ciencia Industrial Avanzada y Tecnología de Japón. Suzuki dirigió el desarrollo de la nueva célula de combustible, cuya descripción se ha publicado hoy en Science. La célula tiene forma de tubo y es de aproximadamente dos milímetros de diámetro; su potencia de salida es de alrededor de un vatio y 600 grados Celsius. Las células de combustible de óxido sólido convencionales operan a temperaturas por encima de los 700 grados.

Las células de combustible de óxido sólido generan una corriente eléctrica mediante la obtención de oxígeno del aire, que utilizan para oxidar el combustible. El oxígeno entra a través del lado del cátodo, el combustible entra por el ánodo; los dos reaccionan en el electrolito y forman agua y dióxido de carbono como productos residuales, dependiendo del tipo de combustible. Esta reacción es más eficiente que los generadores convencionales. Las células de combustible de óxido sólido también son más eficientes que los otros tipos de célula de combustible predominantes, que utilizan unos catalizadores de platino de alto coste y una membrana de polímero que puede acabar siendo contaminada, y sólo funciona con combustible de hidrógeno.

Las células de combustible de óxido sólido son “más flexibles, más potentes, y no tienen el problema de acabar siendo contaminadas,” afirma Eric Wachsman, director del Instituto de Energía Sostenible de Florida y catedrático de ciencia de los materiales e ingeniería en la Universidad de Florida. El problema con estos dispositivos, afirma Wachsman, viene dado por las temperaturas a las que operan. Esto significa que quizá sea necesario un mayor tiempo de calentamiento, y no se pueden utilizar en los teléfonos móviles. Las altas temperaturas también pueden ocasionar que la batería se desgaste.

El grupo de Suzuki ha creado una fuente de energía con una temperatura operativa más baja gracias a la mejora de la estructura del ánodo, que es por donde entra el combustible. El grupo japonés utilizó una serie de técnicas convencionales entre las que se incluye la litografía y los grabados para fabricar ánodos con varios grados de porosidad. El ánodo que mejor funcionó era uno con una estructura muy porosa basada en óxido de niquel, un material que a menudo se utiliza en este tipo de electrodos. Suzuki señala que decidieron utilizar los materiales existentes puesto que su rendimiento a lo largo del tiempo ya ha sido puesto a prueba. “Estos materiales son fiables en cuanto a la estabilidad a largo plazo, y poseen ventajas en cuanto a costes si se comparan con otros materiales nuevos a la hora de fabricar células de combustible de óxido sólido,” señala.

“No hay duda de que el rendimiento es muy bueno,” afirma Harry Tuller, profesor de cerámicas y materiales electrónicos en MIT. “Este es un estudio sistemático muy bueno y que demuestra el impacto evolucionario de una serie de mejoras demostradas” en el electrodo, afirma. Sin embargo, Tuller advierte que los electrodos y que el electrolito están dopados con pequeñas cantidades de materiales de alto coste, que podrían subir el precio de las células. El ánodo contiene, además de óxido de niquel, una pequeña cantidad de un raro elemento llamado escandio.

Wachsman afirma que es difícil bajar la temperatura operativa de estas células sin comprometer con ello la potencia de salida. También está trabajando en unas nuevas estructuras para los electrodos de las células de combustible de óxido sólido. Mediante el uso de una nueva serie de materiales y un método similar, Wachsman pudo hacer una demostración recientemente de una célula de combustible con un ánodo reestructurado y un nuevo electrolito capaces de alcanzar una potencia de salida de dos vatios por centímetro cuadrado a 650 grados. Este estudio se describe en la publicación Electrochemistry Communications.

Suzuki afirma que su grupo está en negociaciones con varias companías para comercializar las células.