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Una técnica mejora la eficacia de las pilas de combustible

Las pilas de combustible de óxido sólido, que dependen de los materiales cerámicos de bajo coste, se encuentran entre el tipo más eficiente y prometedor de pilas de combustible. Ahora, investigadores de la Escuela John A. Paulson de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard han encontrado una manera de aprovechar el comportamiento cuántico de estas pilas de combustible para que sean aún más eficientes y robustas. Al hacerlo, han observado un nuevo tipo de transición de fase en un material óxido.

La investigación se describe en la revista Nature.

Las pilas de combustible funcionan como baterías- generando una corriente eléctrica obligando a los electrones a fluir entre dos electrodos, el ánodo y el cátodo separados por un electrolito. A diferencia de las baterías, las pilas de combustible no necesitan ser recargadas. Todo lo que necesitan es combustible, principalmente en forma de hidrógeno.

Cuando el hidrógeno se introduce en el ánodo, se divide en un protón y un electrón. El electrolito actúa como un guardia de seguridad en un club exclusivo- bloqueando la entrada a los electrones y permitiendo el paso a los protones. Los electrones son obligados a ir por el camino largo, a través de un circuito externo, lo que crea un flujo de electricidad.

En el otro lado de la pila, el aire se introduce en el cátodo. Cuando los protones consiguen atravesar el electrolito y los electrones pasan a través del circuito, se unen con el oxígeno para producir agua y calor, las únicas emisiones generadas por las pilas de combustible.

Sin embargo, las pilas de combustible de óxido sólido de hoy en día tienen un problema importante. Con el tiempo, el combustible reacciona con el electrolito degradando su eficiencia. Pronto, este gorila químico dejará que los dos protones y electrones pasen a través, haciendo que la corriente que circula por el circuito exterior sea cada vez más débil.

Una solución a este problema puede haber sido encontrada por Shriram Ramanathan, Profesor Invitado en Ciencia de los Materiales e Ingeniería Mecánica del SEAS, y su estudiante de doctorado You Zhou. La pareja descubrió que diseñando el electrolito en el nivel cuántico, podían crear un material que se vuelve más robusto cuando se expone al combustible.

Ramanathan y su equipo utilizaron un niquelato de estructura de perovskita como su electrolito. Por sí solo, el niquelato conduce los electrones e iones, como los protones, haciendo que sea un electrolito bastante pésimo. Pero el equipo recubrió la superficie del niquelato con un catalizador y luego lo inyectó o "dopó" con electrones. Estos electrones se unieron a la capa de electrones del ion níquel e hicieron que se produjese la transición del material de un conductor de electrones a un conductor iónico.