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Pila de combustible de óxido sólido (SOFC)

1940
  • Emil Baur
  • H. Preis
Sistema de pila de combustible de óxido sólido en aplicaciones de tecnología energética industrial.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

Un óxido sólido Pila de combustible Las celdas de combustible de óxido sólido (SOFC) emplean una cerámica sólida y no porosa, generalmente zirconia estabilizada con itria (YSZ), como electrolito. Las SOFC operan a temperaturas muy elevadas, que oscilan entre 500 y 1000 °C. Esta alta temperatura permite una mayor flexibilidad en el combustible, posibilitando el uso directo de hidrocarburos como el gas natural, y elimina la necesidad de costosos catalizadores de metales del grupo del platino.

En una SOFC, el portador de carga a través del electrolito es el ion óxido ([latex]O^{2-}[/latex]). En el cátodo, las moléculas de oxígeno del aire se reducen por los electrones entrantes del circuito externo para formar iones óxido: [latex]O_2 + 4e^- \rightarrow 2O^{2-}[/latex]. A continuación, estos iones óxido se transportan a través del electrolito cerámico denso hasta el ánodo. En el ánodo, los iones de óxido oxidan el combustible. En el caso del combustible de hidrógeno, la reacción es [latex]H_2 + O^{2-} \rightarrow H_2O + 2e^-[/latex]. Los electrones liberados viajan a través del circuito externo hasta el cátodo, completando el circuito y generando electricidad.

La alta temperatura de operación es tanto una ventaja como un desafío. Facilita una cinética de reacción rápida sin catalizadores de metales preciosos y permite el reformado interno de combustibles de hidrocarburos directamente en el ánodo, simplificando así el diseño del sistema. El calor de escape de alta calidad puede capturarse para la cogeneración (CHP), lo que resulta en eficiencias generales del sistema superiores al 80 %. Sin embargo, las altas temperaturas también plantean importantes desafíos en la ciencia de los materiales, ya que requieren cerámicas robustas e interconexiones que resistan los ciclos térmicos y eviten la degradación. Esto también resulta en tiempos de arranque prolongados, lo que hace que las SOFC sean más adecuadas para la generación continua de energía que para aplicaciones que requieren ciclos de encendido y apagado frecuentes.

UNESCO Nomenclature: 3305
– Tecnología energética

Tipo

Dispositivo físico

Ruptura

Sustancial

Uso

Nicho/Especialización

Precursores

  • Invención de la lámpara de Nernst por Walther Nernst (1897), que utilizaba un electrolito cerámico sólido (YSZ)
  • Principio básico de la pila de combustible descubierto por William Grove (1838)
  • avances en la ciencia cerámica y materiales de alta temperatura

Aplicaciones

  • Generación de energía estacionaria a gran escala para edificios industriales y comerciales
  • sistemas de cogeneración (CHP), que utilizan calor residual de alta calidad
  • Unidades de potencia auxiliares (APU) para vehículos como camiones de larga distancia
  • Apoyo a la red y generación de energía distribuida
  • Aplicaciones de energía militares y remotas

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

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Relacionado con: SOFC, óxido sólido, electrolito cerámico, YSZ, alta temperatura, flexibilidad de combustible, cogeneración, CHP, energía estacionaria, reformado interno.

Contexto histórico

Pila de combustible de óxido sólido (SOFC)

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1945-01-01
1949
1950
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(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

Invención, innovación y principios técnicos relacionados.

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