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Pilas de Combustible
Presentación

El agotamiento de los combustibles fósiles unido a los graves problemas medioambientales asociados a la emisión de gases de efecto invernadero, generados por la combustión de los mismos, ha suscitado un creciente y renovado interés en el desarrollo de nuevas fuentes de energía alternativas más eficientes y menos contaminantes. En este sentido, gran parte de los esfuerzos han sido destinados al desarrollo e investigación de las pilas de combustible, que actualmente constituyen una opción notable en la generación de energía eléctrica de un modo más limpio y eficiente que los generadores actuales basados en la combustión de hidrocarburos.

Una pila de combustible es un dispositivo electroquímico que permite la producción de electricidad a partir de la oxidación de un “combustible” y reducción simultánea de un oxidante. Cada pila consta de dos electrodos, un ánodo y un cátodo, separados por un electrolito que actúa como aislante eléctrico, pero que permite el transporte de iones entre los dos electrodos. El combustible se suministra al ánodo donde se oxida y libera electrones al circuito externo, mientras que el oxidante se reduce en el cátodo. El flujo de electrones desde el ánodo al cátodo, produce corriente eléctrica útil.

                                                                      

El hidrógeno es el combustible más habitual debido a su alta reactividad electroquímica y a que se puede obtener a partir de hidrocarburos, alcoholes e incluso del agua, mientras que el oxidante habitual es el oxígeno o simplemente aire. En el caso de emplear hidrógeno como combustible, el único “residuo” generado en la interfase electrodo-electrolito es agua.

 
 
 
Líneas de Investigación

La Sección de Pilas de Combustible trabaja en líneas de investigación relacionadas con la tecnología SOFC (Solid Oxide Fuel Cells, Pilas de Combustible de Óxido Sólido), dedicadas principalmente a la búsqueda y desarrollo de dispositivos más eficientes, más duraderos y con una mayor tolerancia a los combustibles.

1. Electrodos y Electrolitos SOFC.

Síntesis y caracterización estructural y electroquímica de nuevos materiales para aplicaciones en pilas de combustible de óxido sólido. Se investigan ánodos con propiedades electrocatalíticas especiales para la operación en alimentación directa con hidrocarburos.

Por otra parte, también estudiamos materiales para aplicaciones en un rango de temperatura intermedio (IT-SOFCs), 600-800°C

2. Ensayos en Pilas de Combustible y Desarrollo.

Los materiales que exhiben propiedades interesantes para su operación en una pila SOFC son evaluados bajo condiciones de trabajo de una pila real, usando oxígeno o aire como oxidante e hidrógeno o gas natural como combustible. Dentro de esta línea de trabajo, buscamos la implementación de técnicas especiales como el tape-casting, screen-printing, etc, para producir láminas más delgadas que exhiban las más altas prestaciones

3. Optimización de la microestructura

El rendimiento de las pilas de combustible depende en gran medida de la microestrcutura y, por tanto, conseguir un preciso control en su diseño es uno de los objetivos más importantes en esta tecnología. En los últimos años y en colaboración con la Universidad de La Laguna, hemos conseguido la producción de electrodos con una porosidad perfectamente controlada mediante el uso de ópalos inversos. La próxima etapa consistirá en el escalado de estas microestructuras a tamaños de interés para su manufactura a nivel industrial, optimizar la interfase electrodo poroso-interconector metálico (Ingeniería de Materiales) y asegurar la estabilidad a elevadas temperaturas en tiempos de operación prolongados.

4. Diseño de Celdas Electroquímicas de Medidas y Equipos para Fuel Cell Tests

La monitorización de las prestaciones de una pila de combustible requiere del uso de celdas y equipos de medida específicos. En la actualidad estamos diseñando una serie de celdas que nos permitan realizar un amplio rango de tests electroquímicos, incluyendo fuel cell tests de larga duración. El objetivo es producir nuestra propia tecnología a medida de nuestras necesidades y, en la medida de lo posible, exportarla.

 

Equipo Científico / Oferta Tecnológica

  • Difractómetro de Rayos X PANalytical con monocromado primario para radiación monocromática Cu Ka1 y detector ultrarrápido X’Pert PRO, Cargador automático de 15 posiciones, Cámara-Reactor de alta temperatura Anton Paar HRK900.

  

  • Difractómetro de Rayos X PANalytical con monocromado primario para radiación monocromática Co Ka1 y detector ultrarrápido X’Pert PRO

  

  • Microscopio Electrónico de Barrido SEM 6490 LV de Jeol con detector de electrones secundarios, retrodispersados y detector de EDX.

  

  • Estación de Medidas Electroquímicas Solartron Cell Test (x 8 canales)

  

  • Estación Electroquímica Zahner IM6ex (analizador de impedancia + potenciostato)

  

  • Fuente DC Mo-Tech y Multímetro Multicanal Keithley 2700

  

  • ATG/DTA-DSC Jupiter 449 de Netzsch Espectrómetro de Masas Cirrus 100 de MKS (0-100 umas)

  

  • Prensa Hidráulica (hasta 15 toneladas)

  

  • Controladores de Flujo Másico

  

  • Celdas electroquímicas para espectroscopia de impedancia compleja, Van der Pauw y reactores para ensayos en pilas de combustible de 2 y 3 contactos.

  

  • Hornos Muflas y Tubulares para la síntesis y caracterización de materiales cerámicos de hasta 1700°C

  

  • Screen Printer 3230B de AREMCO, Spin Coater P6708, Tape Caster Elcometer 4340

  

  • Molino de Bolas (ZrO2) planetario Pulverisette 5 de Fritsch)