Pilas de combustible para abastecer de energía a las viviendas

Una de las posibles aplicaciones de las pilas de combustible es abastecer de energía las viviendas. Un grupo de investigación del departamento de Mineralogía y Petrología de la UPV/EHU ha estudiado la utilización de un tipo de material, las perovskitas, para el diseño de estas pilas.

Las pilas de combustible son similares a las baterías, pero se diferencian de estas, principalmente, en que los reactivos consumidos son reabastecidos continuamente. “Tras el proceso de generación de electricidad, se produce, como desecho, calor y agua”, explica la doctora Karmele Vidal, investigadora del grupo IMaCris/MaKrisI de la UPV/EHU. De ahí que dichas energías estén catalogadas como “limpias, ya que en el proceso de conversión de energía no emiten gases de efecto invernadero”, añade la investigadora.

El citado grupo de investigación de la UPV/EHU ha trabajado en un tipo particular de pilas de combustible: las celdas de combustible de óxido sólido, llamadas Sofcs por sus siglas en inglés, que operan a alta temperatura. A diferencia de las pilas convencionales, en estas el electrolito conductor de iones es sólido, lo que presenta varias ventajas con respecto a otros tipos de celdas, tal y como explica Vidal: “Los materiales son relativamente baratos, su sensibilidad para con las impurezas del combustible es baja, y alta su eficiencia y potencia. Además, dado que los componentes son sólidos, su configuración es mucho más versátil, ya que pueden manipularse”. Como contrapunto de tales ventajas, la investigadora destaca que “al trabajar a altas temperaturas, se emplean materiales de mayor coste”.

“Numerosas investigaciones apuntan a que la mejora del contacto entre el interconector y el cátodo es uno de los principales retos para la producción de las pilas Sofc”, señala Vidal. Dicha producción exige el empleo de nuevos materiales que mejoren la adherencia entre los componentes sin reducir la capacidad de la celda. Los materiales empleados como capa de contacto entre interconector y cátodo deben tener una alta conductividad electrónica y una buena estabilidad química y estructural a la temperatura de operación (las pilas operan a 600-800 °C).

Dra. Karmele Vidal, investigadora del grupo IMaCris/MaKrisI de la UPV/EHU.

El citado grupo de investigación de la UPV/EHU ha apostado por materiales tipo perovskita. El nombre del material proviene de un mineral relativamente raro en la corteza terrestre, y la denominación se ha extendido a un grupo más general de cristales que adoptan la misma estructura.

Los investigadores han trabajado con perovskitas para el diseño de ciertos componentes de la pila de combustible, tales como “el cátodo y la capa de contacto. Hemos visto que los materiales tipo perovskita son buenos conductores, tanto electrónicos como iónicos, apropiados, por tanto, para el diseño de la capa de contacto y el cátodo, respectivamente”, señala Vidal.

Tan importante como el tipo de material utilizado para la fabricación de los componentes de la pila de combustible, “es la manera de sintetizarlo. La temperatura de preparación y el tiempo necesario, entre otros, son variables que afectan a la microestructura del material, un factor que afecta enormemente a las propiedades de este”, explica la investigadora. Entre todos los métodos de síntesis estudiados, el sistema de preparación de las perovskitas que mejor resultado ha dado es la combustión, que consiste, básicamente, en una reacción entre nitratos. Dicha reacción provoca una autocombustión, en la que la llama alcanza altas temperaturas y se forma el material.

Hay varios prototipos basados en dichas pilas de combustible, y el mayor problema al que se enfrentan es que “su rentabilidad económica no es muy alta todavía, aunque se está trabajando en ello”, recuerda Vidal. Al tratarse de dispositivos de abastecimiento de energía pensados para equipamientos que requieren alta potencia, ofrecen una forma de “descentralizar la dependencia para con la red eléctrica, además de suponer un sistema de producción de electricidad independiente del petróleo. Sinceramente creo que esta tecnología tendrá su auge cuando el sistema actual se vaya encareciendo como consecuencia del incremento del precio del petróleo”.

Preparación de un cátodo Sofc mediante el método de combustión.

El Departamento de Mineralogía y Petrología de la UPV/EHU trabaja en colaboración con el Centro de Investigaciones Tecnológicas Ikerlan-Energía (Álava), el Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (Csic-Universidad de Zaragoza), con la Pontificia Universidad Católica del Perú y con la Escuela de Química de la Universidad de Birmingham para llevar a cabo la citada investigación. El grupo IMaCris, por su parte, tiene como directora a la catedrática de Cristalografía y Mineralogía Maribel Arriortua.

Referencia bibliográfica:

A. Morán-Ruiz, K. Vidal, M.A. Laguna-Bercero, A. Larrañaga, M.I. Arriortua. “Effects of using (La0.8Sr0.2)0.95Fe0.6Mn0.3Co0.1O3 (LSFMC), LaNi0.6Fe0.4O3- (LNF) and LaNi0.6Co0.4O3- (LNC) as contact materials on solid oxide fuel cells”. (2014) J. Power Sources, 248 1067-1076.