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Materiales conductores de protones: una materia importante

Se han desarrollado pilas de combustible de óxido sólido (SOFC) a fin de reducir tanto la dependencia con respecto a los combustibles fósiles como las emisiones de dióxido de carbono. Un grupo de investigadores financiado con fondos europeos ha estudiado las propiedades de materiales innovadores para optimizar el rendimiento de estas prometedoras tecnologías de conversión energética.
Materiales conductores de protones: una materia importante
Entre los materiales conductores de protones candidatos para las SOFC, los compuestos a base de circonato de bario han llamado especialmente la atención. Este conductor protónico de óxido sólido ofrece propiedades excelentes de estabilidad química y conductividad, sobre todo en la región de las temperaturas intermedias, que es el objetivo de cara a la operación de SOFC de un modo rentable. Sin embargo, todavía no se ha dado respuesta a muchas preguntas fundamentales relacionadas con los mecanismos macroscópicos de transporte de protones. Los átomos dopantes, la química local y la estructura tienen un efecto que dificulta la descripción de la conductividad protónica y que, aun en el caso de sistemas muy sencillos, continúa siendo un enigma.

Por esta razón, el proyecto PROTONICS (Mechanistic aspects of protons in hard materials for clean energy applications), financiado con fondos europeos, se centró en mejorar la comprensión del comportamiento de los protones en los conductores protónicos más prometedores a base de circonato de bario. En este sentido, las herramientas primarias fueron un abanico de técnicas experimentales como la dispersión de neutrones y la espectroscopia óptica y de luminiscencia.

Entre los ejemplos de investigaciones específicas cabe citar las mediciones del espectro de luminiscencia y las curvas de decaimiento de las muestras hidratadas de circonato de bario dopado con itrio, las cuales proporcionaron información sobre la tan importante estructura local de los materiales. Ello se complementó con un estudio de las dinámicas protónicas valiéndose de técnicas de dispersión de neutrones. Además, conjugando los resultados de los distintos tipos de estudio, se conformó una visión más detallada del mecanismo de conducción de los protones.

Estos conocimientos son esenciales para desarrollar nuevos óxidos conductores de protones que posean una conductividad superior a las opciones existentes en la actualidad. Además, serán determinantes para seguir logrando hitos en el desarrollo de una nueva generación de SOFC ecológicas empleando óxidos conductores de protones.

Un resultado científico clave reciente ha sido el esclarecimiento de la estructura de corto alcance y el mecanismo de deshidratación del óxido conductor de protones Ba2In2O5. Esto se logró combinando la dispersión de neutrones y la espectroscopia vibracional y se ha plasmado en dos artículos científicos. Otro resultado destacable fue la observación del movimiento rotatorio de iones SiH3- piramidales en los dos materiales silánidos KSiH3 y RbSiH3 empleando la dispersión de neutrones cuasielástica.

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Palabras clave

Materiales conductores de protones, pila de combustible de óxido sólido, SOFC, circonato de bario, PROTONICS, dispersión de neutrones
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