Modelos de la degradación del ánodo en pilas de combustible
Las pilas de combustible convierten la energía química de las moléculas en energía eléctrica sin necesidad de combustión. Las SOFC son capaces de convertir en electricidad combustibles como el gas natural, el gas de carbón, el biogás o el hidrógeno. Además, tienen eficiencias muy altas y bajos costes de material. La degradación del ánodo ha sido el escollo que ha impedido su penetración generalizada en el mercado y, pese a los grandes esfuerzos realizados, sigue representando a día de hoy todo un desafío. Un gran consorcio multinacional inició el proyecto financiado con fondos europeos ROBANODE («Understanding and minimizing anode degradation in hydrogen and natural gas fuelled SOFCs») para llevar a cabo exhaustivos estudios de modelización y experimentales que hicieran posible un salto cualitativo. Los estudios se centraron en el estado modificado de los punteros ánodos de cerámica y metal («cermet») basados en níquel (Ni). La pila de combustible consiste en el material electrolito cerámico u óxido sólido emparedado entre un ánodo y un cátodo que básicamente son recubrimientos del electrolito. En el ánodo, se oxida el combustible. A sus excelentes eficiencias y flexibilidad en cuanto al combustible utilizado, hay que añadir que las altísimas temperaturas de operación facilitan el reformado del combustible directamente dentro de la pila, sin necesidad de reformado externo. En las SOFC alimentadas por hidrógeno, la degradación del ánodo se caracteriza principalmente por cambios microestructurales. En las alimentadas por gas natural u otros hidrocarburos, los principales tipos de degradación que afectan tanto a la actividad electroquímica como a la actividad catalítica para el reformado interno son la deposición de carbono y el envenenamiento por azufre. Los investigadores se propusieron permitir modificaciones de los ánodos de cermet basados en Ni dirigidas en función de cada tipo de combustible para obtener determinados cambios deseados en sus propiedades. El extenso trabajo experimental y teórico llevado a cabo dentro del proyecto ROBANODE ha dado lugar al desarrollo de dos modelos matemáticos capaces de simular procesos clave que tienen lugar durante la degradación del ánodo de las SOFC. Además, las modificaciones sugeridas para mejorar la durabilidad están despertando el interés de la industria, en particular en lo referente al prometedor comportamiento de tolerancia a carbono y azufre de los ánodos basados en Ni modificados con oro durante el reformado de corrientes ricas en metano. Se espera que la aplicabilidad comercial del método de modificación de los polvos compense el mayor coste derivado del uso de oro. El trabajo realizado ha sido ampliamente divulgado en prestigiosas revistas científicas y conferencias internacionales. El proyecto ROBANODE ha aportado información que debería servir para mejorar la durabilidad de los ánodos de las SOFC, haciendo posible una captación más generalizada por parte del mercado de este dispositivo proveedor de electricidad con bajas emisiones.
Palabras clave
Degradación del ánodo, pilas de combustible de óxido sólido, gas natural, electricidad, hidrógeno
