Pila de combustible monolítica con una densidad de potencia de 5,6 kW/L

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Un grupo de investigación danés-noruego ha diseñado una pila de combustible de óxido sólido (SOFC) monolítica de base metálica que, según dicen, es adecuada para aplicaciones de transporte. Los científicos explicaron que las pilas de óxido sólido se utilizan generalmente para aplicaciones estacionarias, sobre todo en sistemas de producción combinada de calor y electricidad, gracias a la alta temperatura a la que pueden funcionar. Sin embargo, estos dispositivos suelen considerarse menos adecuados para los vehículos debido a su menor densidad de potencia y a la limitada resistencia a los ciclos térmicos de su ánodo cerámico.

En la configuración de la pila de combustible propuesta, el ánodo cerámico se ha sustituido por interconexiones metálicas. «El concepto de monolito integra el soporte de la pila, los canales de gas y las interconexiones en una sola capa, reduciendo así la altura de la pila en un factor de 2 a 4», explicaron los investigadores, que señalaron que la pila de monolito metálico es significativamente más barata que una pila convencional. «Esto aumenta considerablemente la densidad volumétrica y la potencia específica de la pila, que son parámetros importantes teniendo en cuenta las limitaciones de espacio y peso en los vehículos».

Además, se afirma que el alto contenido metálico de la SOFC reduce las diferencias de temperatura a lo largo de la pila y ofrece más solidez a los ciclos térmicos rápidos durante el funcionamiento, lo que, según los científicos, podría ser importante cuando se combine la pila de combustible con las baterías eléctricas en un vehículo. «Los trabajos anteriores sobre diseños de pilas SOFC monolíticas fueron realizados por Saint-Gobain, que desarrolló pilas SOFC monolíticas totalmente cerámicas, y por el Laboratorio Nacional de Argonne, que diseñó pilas SOFC con soporte metálico (‘TuffCell’)», declaró el grupo de investigación. «Sin embargo, nuestro concepto de pilas SOFC monolíticas con soporte metálico comprende varias diferencias significativas en comparación con el desarrollado por el Laboratorio Nacional Argonne, como las técnicas de procesamiento para integrar los canales de flujo de gas, los materiales y espesores de los electrodos y el concepto de juntas integradas.»

Se construyó un SOCF monolítico con un área de celda activa de unos 18 cm2 mediante cuatro procesos -fundición en cinta, laminación, co-sinterización e infiltración de catalizador- que los científicos describieron como técnicas habituales utilizadas en la fabricación de pilas de combustible. El dispositivo presenta una tensión de circuito abierto de 1.065 mV y una densidad de potencia de 5,6 kW/l, lo que, según los investigadores, está a la altura de las pilas de combustible de mejor rendimiento basadas en ánodos cerámicos. «Especulamos que este diseño, o uno similar, podría permitir la producción a gran escala de transportes electrificados alimentados por pilas de combustible con una autonomía considerablemente mayor, tiempos de carga reducidos y un coste menor», concluyen.

La tecnología de la pila de combustible se presenta en el artículo Production of a monolithic fuel cell stack with high power density, publicado en nature communications. En el equipo de investigación participan académicos de la Universidad Técnica de Dinamarca y de la entidad de investigación noruega Sintef.

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