Materiales multifuncionales para celdas de óxido sólido

Funder: MINISTERIO DE CIENCIA E INNOVACION

Call: (MINISTERIO DE CIENCIA E INNOVACION)

Of National scope.

El proyecto M2SOCs tiene como objetivo contribuir a mitigar el cambio climático y facilitar la transición a métodos de producción de energía más sostenible mediante el desarrollo de materiales más eficientes, económicos y duraderos para celdas de óxido sólido (SOCs). Estos dispositivos pueden operar de manera reversible, ya sea como pila de combustible para generar electricidad o como electrolizador para almacenar energía en forma de H2 u otros productos, utilizando el excedente de electricidad proveniente de fuentes renovables. Por lo tanto, constituyen una excelente opción para lograr la descarbonización y la independencia energética. Sin embargo, las SOCs presentan algunos desafíos, como las altas temperaturas de operación, los elevados costes de producción y durabilidad de sus componentes. Para abordar estas limitaciones, este proyecto tiene como objetivo desarrollar materiales multifuncionales que puedan desempeñar diferentes funciones dentro una misma celda. En particular, se diseñarán materiales con estructura tipo espinela, sin metales alcalinotérreos, para mejorar la estabilidad frente al envenenamiento por CO2 y Cr, y que sean capaces de funcionar simultáneamente como capas protectoras en los interconectores de acero metálico y electrodos de aire. Además, se desarrollarán capas activas y electrodos de combustible más eficientes mediante la incorporación de nanopartículas metálicas activas por exsolución. A diferencia de los enfoques convencionales, que se centran en la exsolución en conductores mixtos (iónico-electrónicos) basados en perovskitas, este proyecto explorará la exsolución en conductores de iones óxido y protónicos, tales como CeO2 y Ba(Ce,Zr)O3, dopados con metales como Fe, Ni, Co, Cu, Ag, Pt y Ru. Estos dopantes fácilmente reducibles se segregarán sobre la superficie de los materiales, mejorando su actividad electrocatalítica para la oxidación de H2 e hidrocarburos. Los materiales resultantes se utilizarán como capas activas entre el electrolito y el electrodo de combustible o bien se combinarán con Ni para formar cermets para SOCs. Basándose en proyectos previos, este proyecto no solo aborda la preparación de nuevos materiales, sino que también adopta un enfoque sinérgico para optimizar la fabricación de SOCs, mediante técnicas innovadoras, como la deposición por espray-pirólisis. Este método ofrece entre otras ventajas como: menores costes y mayor escalabilidad, en comparación con métodos tradicionales de fabricación. En la fase inicial del proyecto, se desarrollará un nuevo equipo de espray-pirólisis equipado con una pistola de aire caliente para mejorar la pirólisis de las soluciones precursoras y controlar las propiedades de las capas cerámicas. El proyecto incluye la síntesis de materiales, seguida de una caracterización estructural, microestructural y electroquímica. En la fase final, los materiales con mejores propiedades se utilizarán para fabricar celdas de mayor tamaño (10 × 10 cm2) con el fin de evaluar su eficiencia y durabilidad tanto en pilas de combustible como electrolizadores. El objetivo final de este proyecto es contribuir a un futuro más sostenible en comparación con los métodos actuales de producción de energía. Los beneficios sociales y económicos incluyen una menor dependencia de los combustibles fósiles, una reducción en las emisiones de contaminantes y avances significativos hacia el cumplimiento de los objetivos de Clima, Energía y Movilidad, así como de Transición Ecológica.