Tecnología

Impresión 3D de pilas de combustible y electrolizadores: nuevo enfoque

Las celdas de combustible capaces de convertir hidrógeno en electricidad están llamadas a desempeñar un papel importante en la transición energética hacia un futuro con cero emisiones. En modo inverso, las células de electrólisis pueden convertir el agua en hidrógeno mediante el uso de electricidad.

Los electrolizadores se consideran una de las soluciones más prometedoras para el almacenamiento masivo de la electricidad generada intermitentemente por fuentes de energía renovables, así como una alternativa inteligente para descarbonizar sectores intensivos en energía. Las celdas de combustible de óxido sólido y de electrólisis (SOFC y SOEC) tienen una alta eficiencia, pero su naturaleza cerámica aumenta fuertemente sus costes de fabricación al tiempo que limita las formas complejas y la mejora. La impresión 3D mejorará el rendimiento al tiempo que reducirá los costes de fabricación y funcionamiento. De hecho, recientemente se ha demostrado que mejora la robustez de la estructura.

Las células de óxido sólido (SOC) son células electroquímicas de múltiples capas a base de cerámica que consisten en un electrolito conductor de óxido iónico hermético a los gases con electrodos en ambos lados. Los mejores materiales SOC son circonia estabilizada con itria para electrolitos, compuestos a base de YSZ como electrodos (manganita de estroncio lantano) para el electrodo de oxígeno y Ni-YSZ para el electrodo de combustible.

Este año, un nuevo sistema SOFC obtuvo la aprobación de estado en un método rápido de evaluación que aceleró el desarrollo y la utilización. Corea del Sur está invirtiendo fuertemente en celdas de combustible de hidrógeno como una nueva fuente de energía. En septiembre de 2019, SK Engineering & Construction, una unidad del grupo SK de Corea del Sur, firmó una empresa conjunta de SOFC con Bloom Energy. Doosan Corp. se asoció con Ceres Power de Gran Bretaña para desarrollar SOFC para edificios comerciales.

Las células de electrólisis de óxido sólido (SOEC) también están ganando más atención. Estos dispositivos de conversión de energía altamente eficientes (> 80% LHV) ofrecen mayores rendimientos de producción y menor energía eléctrica específica que los competidores. Una nueva investigación en 2020 demostró SOA impreso en 3D SLA, con escaneo láser. También es un gran avance para las SOEC. De hecho, es un primer paso hacia la fabricación de una generación radicalmente nueva de células de óxido sólido con un rendimiento mejorado relacionado con su cambio de naturaleza de plano a tridimensional. Eso va más allá de la alta relación de aspecto del electrolito corrugado. Los elementos estructurales impresos en 3D proporcionan funcionalidad integrada y capacidad de apilamiento mejorada. Pesce Arianna y sus colegas informaron estos avances recientemente en J. Mater. Chem A, 2020, DOI: 10.1039 / D0TA02803G. Los investigadores creen que la impresión 3D de materiales funcionales revolucionará el sector energético al introducir formas complejas, estructuras más robustas y funcionalidades novedosas nunca antes exploradas.

Puedes obtener más información en el informe de IDTechEx, "3D Printing Composites 2020-2030: Technology and Market Analysis" and "3D Printing Materials 2019-2029: Technology and Market Analysis".

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