Fabricación y caracterización eléctrica de pilas de combustible de óxido sólido (SOFCs) de geometría microtubular basadas en electrolitos de ceria dopada

Abstract

Las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC) se han convertido en una prometedora alternativa a los sistemas de producción de electricidad actuales, ya que consiguen eficiencias relativamente elevadas, así como bajas emisiones contaminantes, tóxicas y acústicas. En los últimos años, se han planteado diversos retos tales como la reducción de la temperatura de operación, de los gradientes térmicos y la mejora del sellado de las cámaras, lo cual hace posible el uso de interconectores más económicos y el aumento de la vida útil del dispositivo. Así, los electrolitos de ceria dopada han permitido la obtención de elevados rendimientos a temperaturas intermedias (500-700ºC) debido a su elevada conductividad iónica en dicho rango. Por otra parte, las celdas tubulares, en comparación con las tradicionales de configuración plana, facilitan el sellado de las cámaras, ya que éste se encuentra en los extremos del tubo, en una zona más fría que la zona activa de la celda, reduciendo así la temperatura y el estrés a la que están sometidas. En el presente trabajo, se fabricaron y caracterizaron electroquímicamente monoceldas de geometría microtubular soportadas sobre soportes de níquel-ceria dopada, usando un electrolito de ceria dopada con samaria y un cátodo basado en cobaltita de lantano dopada con estroncio. En la preparación de los materiales necesarios para la fabricación de las mismas, se emplearon métodos de síntesis por vía química (combustión de geles de acrilamida y sol-gel acetil-acetato). Para el conformado de los soportes tubulares, se usó el método de gel-casting y, para la deposición de capas delgadas, el método de recubrimiento por pulverización (spray-coating). Por tanto, el procesado se realizó mediante técnicas económicas, sencillas y escalables industrialmente. Para la caracterización microestructural de los materiales, se empleó difracción de rayos X y microscopia electrónica de barrido (MEB). Los dispositivos fabricados se testaron en atmósferas de hidrógeno y aire en las cámaras anódicas y catódicas, respectivamente. La caracterización electroquímica de las celdas consistió en medidas potenciostáticas donde los valores de rendimiento se obtuvieron a partir de la relación voltaje-corriente (V-I). Finalmente, se elaboró un estudio, sobre la viabilidad económica del dispositivo fabricado, para calcular el coste de la electricidad generada en dos escenarios: implementación en aplicación estacionaria y portátil. Éste, se comparó con los costes generados por otros dispositivos de generación eléctrica en el ámbito de las energías renovables.