La creciente demanda mundial de energía limpia impulsa los avances en tecnologías como las SOFC, conocidas por convertir el hidrógeno y el metano en electricidad libre de emisiones. Las SOFC se basan en componentes clave: electrodos (cátodo y ánodo) y el electrolito, que son esenciales para convertir la energía química en energía eléctrica. Estos componentes suelen estar hechos de materiales como el manganito de lantano y estroncio (LSM) y la zirconia estabilizada con itria (YSZ). La combinación de LSM e YSZ para formar LSM-YSZ mejora la estabilidad y la durabilidad, lo que garantiza una vida útil del electrodo prolongada.
La tecnología actual de las SOFC se enfrenta a desafíos, especialmente la degradación del electrodo, que se ve agravada a temperaturas más bajas. Mejorar la reacción de reducción de oxígeno (ORR) en el cátodo es crucial para mejorar el flujo de iones y el rendimiento general de la pila de combustible y la durabilidad. Abordar estos problemas es vital para expandir las aplicaciones de las SOFC en los sistemas de conversión de energía.
Para abordar los desafíos actuales, un equipo de investigadores dirigido por el profesor Beom-Kyeong Park llevó a cabo recientemente un estudio dirigido a mejorar el rendimiento de los electrodos LSM-YSZ en las SOFC. Su investigación, disponible en línea desde el 22 de marzo de 2024 y publicada en el volumen 36 de la revista Advanced Materials el 20 de junio de 2024, se centró en mejorar los electrodos LSM-YSZ utilizando nanocatalizadores como el óxido de praseodimio (PrOx). Estos catalizadores, conocidos por sus altas relaciones de área superficial a volumen, se utilizaron para mejorar la eficiencia de la ORR.
Utilizando la deposición electroquímica catódica (CELD), el equipo de investigación depositó eficientemente nanocatalizadores PrOx en electrodos LSM-YSZ en menos de cuatro minutos sin necesidad de tratamiento térmico. El profesor Park destacó la importancia, afirmando: “Aprovechamos las excepcionales propiedades catalíticas de PrOx para mejorar notablemente la actividad ORR de los electrodos LSM-YSZ. El método CELD proporciona una solución rápida y rentable, viable en condiciones de funcionamiento estándar.”
El estudio demostró mejoras significativas en el rendimiento del electrodo SOFC con el revestimiento de PrOx, mostrando una reducción de resistencia del 89% a altas temperaturas sostenidas durante más de 400 horas. Alcanzar una densidad de potencia máxima de 418 mW cm−2 a 650 °C superó a otros cátodos. La investigación también exploró los recubrimientos multicomponente (Pr,Ce)Ox mediante deposición electroquímica, ofreciendo vías para una mayor optimización.
El profesor Park destaca las amplias implicaciones de su investigación, afirmando: “Al mejorar significativamente el rendimiento y la durabilidad del electrodo, nuestro método podría allanar el camino para una adopción más amplia de las SOFC en los sistemas de conversión y almacenamiento de energía. Este avance tiene una inmensa promesa para aplicaciones que requieren una generación de energía confiable y sostenible. Ofrece una vía para mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero y mejorar la seguridad energética global.”
Este enfoque innovador para crear dispositivos de energía de alto rendimiento, incluidos los materiales totalmente cerámicos, presenta un futuro prometedor para la tecnología de energía limpia.
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Referencia
Título del artículo original: Revitalización de la reactividad de reducción de oxígeno de los electrodos de óxido compuesto mediante nanocatalizadores PrOx depositados electroquímicamente
Revista: Materiales avanzados
Acerca del instituto
La Universidad Nacional de Pusan, ubicada en Pusan, Corea del Sur, se fundó en 1946 y ahora es la universidad nacional número 1 de Corea del Sur en competencia de investigación y educativa. La universidad multicámpus también tiene otros campus más pequeños en Yangsan, Miryang y Ami. La universidad se enorgullece de los principios de verdad, libertad y servicio, y cuenta con aproximadamente 30,000 estudiantes, 1200 profesores y 750 miembros de la facultad. La universidad está compuesta por 14 colegios (escuelas) y una división independiente, con 103 departamentos en total.
Acerca del autor
El profesor Beom-Kyeong Park es profesor asistente en la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Nacional de Pusan. Su grupo se centra en el desarrollo de enfoques innovadores para el diseño, procesamiento y caracterización de materiales para mejorar la eficiencia y la durabilidad de las células de óxido sólido. En 2016, el profesor Park recibió un doctorado en Ciencia e Ingeniería de Materiales de KAIST, y posteriormente completó la formación posdoctoral en el grupo de Scott Barnett, Universidad Northwestern.
Sitio web del laboratorio: bkpark.pusan.ac.kr/bkpark/index..do
ID de ORCID: 0000-0002-1305-8725
Revista
Materiales avanzados
Método de investigación
Estudio experimental
Tema de investigación
No aplicable
Título del artículo
Revitalización de la reactividad de reducción de oxígeno de los electrodos de óxido compuesto mediante nanocatalizadores PrOx depositados electroquímicamente
Fecha de publicación del artículo
20-jun-2024
Declaración de COI
Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.
