En esta era posterior a la industrialización, la electricidad se ha convertido en la columna vertebral de nuestra sociedad. Sin embargo, el uso de combustibles fósiles para generarla no es la mejor opción debido a su disponibilidad limitada y su naturaleza dañina. En las últimas dos décadas, se han realizado esfuerzos significativosEn este contexto, las celdas de combustible de óxido sólido SOFC han surgido como una alternativa limpia y altamente eficiente que puede generar energía eléctrica. Sin embargo, un inconveniente importante de los SOFC son sus altas temperaturas de operación, lo que restringe suuso generalizado.
Varios estudios previos han intentado superar este inconveniente mejorando la conductividad a altas temperaturas utilizando óxidos de tipo fluorita como CeO 2-δ . Normalmente, estos óxidos de fluorita están disponibles en forma porosa, y se cree que su mecanismo de conductividad depende de la adsorción superficial de las moléculas de agua, que es el proceso de adhesión de átomos o moléculas a una superficie.
Un equipo de científicos de la Universidad de Ciencias de Tokio, dirigido por el Dr. Tohru Higuchi, llevó esta investigación un paso adelante. En su nuevo estudio publicado en Cartas de investigación a nanoescala , los investigadores exploraron el efecto del "dopaje", que es el proceso de agregar impurezas para alterar su conductividad, en estos óxidos, que son un muy buen candidato para SOFC. Los investigadores "doparon" el óxido con un metal llamado Samario Sm. Luego, depositaron películas delgadas de este óxido dopado sobre un sustrato de óxido de aluminio Al 2 O 3 en una dirección específica conocida por mejorar la conductividad.El Dr. Higuchi considera esto una ventaja, afirmando: "Cuando se consideran dispositivos prácticos, las formas de película delgada son más adecuadas que las formas porosas o nanocristalinas".
Luego, el equipo de investigación caracterizó la calidad cristalina y la estructura electrónica de la nueva película. También compararon la diferencia de conductividad entre esta nueva película y los óxidos cerámicos gruesos comúnmente utilizados en la industria. Sus hallazgos revelaron que la muestra de cerámica exhibía poca cristalinidady tenía poca conductividad de protones en comparación con la muestra de película delgada.
Además, se encontró que la "resistividad" - o la resistencia al flujo eléctrico - de la película delgada disminuye con el aumento de la humedad debido a la "conducción de protones" en los óxidos de tipo fluorita, como explica el mecanismo de Grotthuss.La molécula consiste en dos átomos de oxígeno y un átomo de hidrógeno. Las moléculas de agua tienen enlaces entre ellos, llamados "enlaces de hidrógeno". El mecanismo de Grotthuss o el mecanismo de "salto-giro" permite que las moléculas de agua se dividan en ionesque aumentan la conductividad y, por lo tanto, se mueven de un enlace de hidrógeno a otro. Se descubrió que la nueva película exhibía conducción protónica superficial en la región de baja temperatura por debajo de 100 ° C.
Esta novedosa película, con su alta conductividad a temperatura ambiente, seguramente tendrá varias aplicaciones en el futuro. En lo que respecta a los SOFC, el Dr. Higuchi concluye: "Nuestro estudio sobre membranas electrolíticas presenta hallazgos radicales que pueden ayudar a reducir el funcionamientotemperatura de SOFC, y puede ser un sistema alternativo para fabricar dispositivos más prácticos utilizando óxidos de tipo fluorita en SOFC, y abrir nuevas vías para la generación de energía nuclear y térmica en el futuro ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Ciencias de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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