Unos ingenieros han ideado y demostrado un proceso de 10 minutos de duración que permite fabricar células electrolíticas de óxido sólido destinadas a la producción limpia de hidrógeno. El nuevo proceso emplea un horno microondas.
Las células electrolíticas de óxido sólido (SOECs, por sus siglas en inglés), constituyen una tecnología clave para producir hidrógeno verde, o sea obtenido sin que durante el proceso se generen emisiones de carbono. Sin embargo, los métodos habituales para fabricarlas consumen mucho tiempo y, además, requieren altas temperaturas.
El citado equipo de ingenieros ha logrado acortar el tiempo de producción desde las seis horas hasta tan solo diez minutos, sin aumentar la temperatura requerida, de hecho, reduciéndola ligeramente, de 1400 grados centígrados a 1200. Esta innovación recorta drásticamente tanto el tiempo de producción como el consumo de energía, lo que constituye un gran avance hacia la era del hidrógeno verde.
El logro es obra de un equipo integrado, entre otros, por Kang Taek Lee, Hyeongmin Yu y Seungsoo Jang, del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología (KAIST), en Corea del Sur.
La base de esta tecnología reside en la sinterización, un proceso en el que unos polvos cerámicos se hornean a altas temperaturas para formar una estructura densa y compacta. Una sinterización adecuada es fundamental: garantiza que no haya fugas de gases (ya que la mezcla de hidrógeno y oxígeno podría provocar explosiones), que los iones de oxígeno se muevan con eficiencia y que los electrodos se adhieran firmemente al electrolito para permitir un flujo de corriente uniforme. En resumen, la precisión del proceso de sinterización determina directamente el rendimiento y la vida útil de la célula o celda.
Para afrontar estos desafíos, el equipo del KAIST aplicó una técnica de «calentamiento volumétrico» que utiliza microondas para calentar el material de manera uniforme desde el interior hacia el exterior. Este método redujo el tiempo de sinterización más de treinta veces en comparación con los métodos convencionales. Mientras que la sinterización tradicional requiere un calentamiento prolongado a más de 1400 grados centígrados, el nuevo proceso utiliza microondas para calentar el material de forma interna y uniforme, logrando una formación estable del electrolito a tan solo 1200 grados centígrados y en 10 minutos.
En la fabricación convencional, los materiales esenciales (dióxido de cerio (CeO₂) y dióxido de zirconio (ZrO₂)) tienden a mezclarse tan pronto como la temperatura aumenta un poco por encima de la necesaria para el proceso, lo que degrada la calidad del material. El nuevo método del KAIST, gracias a su temperatura de trabajo más baja permite que estos dos materiales se unan firmemente sin mezclarse, produciendo un electrolito bicapa denso y sin defectos.
El tiempo total de procesamiento incluye el calentamiento, el mantenimiento de la temperatura y el enfriamiento. El proceso de sinterización convencional requería aproximadamente 36,5 horas, mientras que la técnica de KAIST basada en microondas ejecuta el ciclo completo en tan solo 70 minutos, más de 30 veces más rápido.
Las células o celdas electroquímicas resultantes demostraron en las pruebas un rendimiento excepcional: produjeron 23,7 mL de hidrógeno por minuto a 750 grados centígrados, mantuvieron un funcionamiento estable durante más de 250 horas y exhibieron una excelente durabilidad.
Mediante simulaciones por computadora, el equipo reveló además que el calentamiento ultrarrápido por microondas mejora la densidad del electrolito y suprime el crecimiento anormal de grano de las partículas de óxido de níquel (NiO) dentro del electrodo del combustible, lo que aumenta la eficiencia de la producción de hidrógeno.
El equipo expone los detalles técnicos del nuevo proceso en la revista académica Advanced Materials, bajo el título “Ultra-Fast Microwave-Assisted Volumetric Heating Engineered Defect-Free Ceria/Zirconia Bilayer Electrolytes for Solid Oxide Electrochemical Cells”.
Fuente: noticiasdelaciencia.com
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