Pilas de combustible totalmente cerámicas
Las SOFC presentan una flexibilidad singular en cuanto a la compatibilidad del combustible, si se comparan con otras pilas, ya que pueden funcionar con diversos tipos de hidrocarburos para generar electricidad. Esto las hace muy adecuadas para la cogeneración estacionaria de calor y electricidad empleando gas natural u otros hidrocarburos como combustibles. Las SOFC convencionales adolecen de tres problemas relevantes como resultado de los materiales utilizados para el ánodo, concretamente el níquel (Ni), en forma de cermets de Ni. Son proclives a la deposición de carbono (coquización), a la desactivación por trazas de azufre (frecuentes en los conductos de gas natural) y a la avería del electrodo durante la reoxidación. Unos científicos iniciaron el proyecto SCOTAS-SOFC (Sulphur, carbon, and re-oxidation tolerant anodes and anode supports for solid oxide fuel cells), financiado por la Unión Europea, para solucionar estos problemas. Integraron unos materiales nuevos, los titanatos de estroncio, en diseños de SOFC existentes y probados y desarrollaron procesos de fabricación rentables y realizables a mayor escala. El equipo de SCOTAS-SOFC estudió diseños de SOFC totalmente cerámicos y, en particular, pilas de combustible apoyadas en el ánodo y el electrolito con temperaturas de funcionamiento del orden de 700-800ºC y 850-900ºC. Para los ánodos se examinaron tres materiales distintos basados en titanatos de estroncio: titanato de estroncio con sustitución de lantano y calcio, titanato de estroncio con sustitución de itria y titanato de estroncio modificado por niobio. Las pilas apoyadas en el ánodo se fabricaron con métodos de prueba de escala ampliable. Las pruebas iniciales arrojaron un rendimiento prometedor pero también un grave deterioro después de varias horas de funcionamiento. Cuando los ánodos se infiltraron con electrocatalizadores, como níquel y óxido de cerio modificado por gadolinio, fue posible mantener un rendimiento estable. Entonces se fabricaron pilas apoyadas en el electrolito y se ensayó su tolerancia a la exposición al azufre. Se constató que las nuevas pilas de combustible eran tolerantes a la reoxidación del ánodo después de haberlas apagado, tanto si se reducía la temperatura de la pila como si no. Un detalle importante fue que se corroboró una eficiencia del 21 % por primera vez en una SOFC con ánodo de cerámica. Los resultados de SCOTAS-SOFC demostraron la viabilidad del nuevo diseño de la pila, así como sus posibilidades de aumentar la solidez de las SOFC. Si bien queda trabajo de investigación y desarrollo por hacer para que los ánodos cerámicos puedan competir con los ánodos más avanzados de cermets de Ni, ya se ha dado el primer paso hacia el uso de las SOFC para cogeneración de calor y electricidad.
Palabras clave
Cerámico, pila de combustible, SOFC, titanato de estroncio, cogeneración de calor y electricidad, SCOTAS-SOFC
