jueves, 10 de marzo de 2016

Celda de combustible miniatura capaz de mantener drones en el aire durante más de una hora y teléfonos cargados por una semana

Los vehículos no tripulados se están utilizando en todo, desde la entrega de paquetes hasta labores de búsqueda y rescate, pero sus tiempos de vuelo limitados están restringiendo su capacidad para recorrer grandes distancias o permanecer por períodos prolongados de tiempo en el campo. La simple adición de más baterías, sin embargo, afecta sus características de vuelo y reduce la carga que el dron puede llevar. Para ayudar a resolver este problema, los investigadores de la Universidad Pohang de Ciencia y Tecnología (Postech) han creado una celda de combustible en miniatura que dicen no sólo proporciona la energía suficiente para mantener un dron en el cielo durante más de una hora, sino que también podrá encontrar aplicaciones para proporcionar energía a todo tipo de dispositivos, desde teléfonos inteligentes hasta automóviles en un futuro no muy lejano.

Desarrollada por el profesor Choi Kyung Min y su estudiante de Ph.D. Kun Joong Kim en Postech, la nueva celda de combustible de óxido sólido (SOFC) es la primera, de acuerdo a los científicos, en utilizar el acero inoxidable poroso en combinación con una película delgada de electrolito, todo juntado por medio de una técnica nueva. En combinación con electrodos de baja capacidad calórica, esta amalgama no sólo se traduce en un mayor rendimiento, sino también en una mayor durabilidad a largo plazo.


El equipo ha tenido como objetivo mejorar los diseños SOFC anteriores que utilizan silicio, pero cuyos componentes grabados de forma litográfica exhibieron una degradación rápida o baja durabilidad cuando experimentaron expansión térmica durante el funcionamiento, lo que resulta en problemas de alineación física con el electrolito. Como consecuencia, las células de combustible basadas en el silicio no son, según los investigadores, un reemplazo viable en dispositivos electrónicos que requieren capacidades rápìdas de activación/desactivación. Con el uso de acero inoxidable, el equipo pretende superar los mayores problemas que han afectado a las celdas de combustible SOFC, a saber, las altas temperaturas de funcionamiento de las unidades, lo que se traduce en mayores tiempos de encendido, y las cuestiones que rodean la compatibilidad mecánica y química.


Denominada como una celda de combustible de tercera generación, el dispositivo del equipo de Postech cuenta con una estructura simple y no tiene ningún problema con la corrosión o la pérdida del electrolito. Se mostró una densidad de potencia máxima de alrededor de 560 mW por centímetro cúbico a 550 ° C (1022 ° F) y se mantuvo esta densidad de potencia durante ciclos térmicos rápidos. Con este tipo de densidad de potencia y fiabilidad, el equipo sugiere que el dispositivo puede ofrecer una alternativa a las baterías de iones de litio en una gama de productos electrónicos móviles, como los teléfonos inteligentes y ordenadores portátiles. Con tan sólo 78 mm2 de tamaño por celda, el dispositivo de Postech también cuenta con tiempo encendido y apagado rápidos, de acuerdo a los investigadores, similares a los que presentan las baterías de iones de litio, junto con densidades de potencia superiores que permitirían que los teléfonos inteligentes solo tuvieran que ser cargados una vez a la semana.


El dispositivo de Postech genera energía mediante la conversión de hidrógeno (en este caso, gas "húmedo" de H2 que comprende una mezcla de 97 por ciento de H2 y 3 por ciento de H2O) que se suministra como gas combustible al ánodo para generar electricidad. Esto se hace mediante el uso de un material de óxido sólido que actúa como el electrolito que permite la conducción de iones negativos de oxígeno desde el cátodo al ánodo. Estos iones se difunden a través del electrolito de óxido sólido al ánodo donde oxidan el combustible. Esta reacción produce electrones, que luego fluyen a través de un circuito externo para proporcionar energía.


Aunque esta celda de combustible se encuentra todavía en fase de prototipo, los investigadores creen que su investigación podría resultar en el desarrollo de celdas de combustible más baratas (pero con mayor densidad de energía) y más grandes para su uso en vehículos en un futuro no muy lejano.






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