Científicos de la UrFU han desarrollado un nuevo material para fuentes de energía alternativas

12:14, 11 agosto 2023

El equipo de investigación ha sintetizado y estudiado nuevos compuestos de la clase de las ferritas

El Instituto de Energía del Hidrógeno ha sintetizado y estudiado nuevos compuestos de la clase de las ferritas. Foto: Ilya Safarov

Científicos de la Universidad Federal de los Urales y de la sección de los Urales de la Academia Rusa de las Ciencias han creado un nuevo material para la creación de fuentes alternativas de electricidad respetuosas con el medio ambiente. El desarrollo permite reducir los costes de tiempo y recursos para la producción de pilas de combustible. Los resultados del estudio fueron publicados en el Journal of the European Ceramic Society.

En la actualidad, la mayoría de dispositivos electrónicos portátiles y vehículos eléctricos, como teléfonos móviles, ordenadores portátiles, patinetes y bicicletas eléctricas, coches eléctricos y vehículos eléctricos, requieren una recarga constante o la sustitución de la fuente de energía. Las pilas alcalinas y ácidas son muy utilizadas, pero contienen sustancias nocivas (por ejemplo, plomo en las pilas ácidas, cadmio en las alcalinas), por lo que no pueden tirarse sin más, sino que deben reciclarse en instalaciones especializadas.

Las baterías de iones de litio presentan una serie de ventajas, pero son explosivas (por lo que, por ejemplo, su transporte en aviones está restringido). Además, las reservas de litio en la corteza terrestre son limitadas y están distribuidas de forma muy desigual.

Una alternativa a las fuentes de electricidad ácidas, alcalinas y de iones de litio son las pilas de combustible. Se trata de fuentes de corriente que convierten directamente la energía química del combustible en energía eléctrica.

Según los científicos de UrFU, la clase de pilas de combustible de óxido sólido (SOFC, solid oxide fuel cell) es la de mayor interés. Se trata de unos de los generadores de energía más respetuosos con el medio ambiente, tienen una eficacia energética bastante elevada y permiten utilizar diferentes composiciones de combustible.

Los investigadores explicaron que las SOFC contienen "más" y "menos", que se producen con el uso de tecnologías completamente distintas. Para simplificar la producción de SOFC, los científicos están diseñando celdas simétricas en las que ambos electrodos tienen idéntica composición y pueden producirse utilizando el mismo esquema de proceso. Creen que esto reducirá el coste de fabricación y mantenimiento de las SOFC y contribuirá a su uso generalizado. 

El equipo de desarrolladores contó con el apoyo financiero del programa Priority-2030. Sintetizaron y estudiaron nuevos compuestos de la clase de las ferritas para crear SOFC simétricas basadas en hierro, bario y lantano (La1-xBaxFeO3-δ, x = 0,4, 0,5, 0,6). Los científicos investigaron la estructura y los parámetros mecánicos y eléctricos de los materiales sintetizados, y también establecieron la influencia de algunos aditivos conductores de protones en sus propiedades.

"Los materiales a base de ferrita de lantano y bario que obtuvimos demuestran altos valores de conductividad y bajos valores de resistencias a la polarización en atmósfera de aire, y éstas son las características clave de los materiales potenciales para SOFC", declaró Dmitry Medvedev, Jefe del Laboratorio de Energía del Hidrógeno de la UrFU.

Señaló que en muchos estudios la estabilidad de las características de los materiales para pilas de combustible simétricas se evalúa sólo en atmósfera oxidante, es decir, en atmósfera de aire. Pero los investigadores de la UrFU descubrieron que su composición también es estable en una atmósfera reductora, que se forma debido al uso de hidrógeno como combustible en la SOFC.

"Hemos descubierto que, en igualdad de condiciones, el material más prometedor para la SOFC es La0,6Ba0,4FeO3-δ. Tiene la mejor conductividad y la polarización más baja, lo que ayuda a aumentar la potencia de las pilas de combustible", explicó Medvedev.

En el futuro, el equipo planea mejorar las características de las composiciones que ha estudiado y crear una pila de combustible de tamaño real para estudios experimentales.

El Instituto de Investigación de la Energía del Hidrógeno es la sede base para la ejecución del proyecto estratégico de la UrFU "Materiales y tecnologías para el hidrógeno y la energía nuclear" en el marco del programa estatal ruso de liderazgo académico "Prioridad-2030".