Pila de Combustible de Óxido Sólido

Las SOFC se diferencian de otros tipos de pilas de combustible en que pueden ser diseñadas para operar en un rango amplio de temperaturas (500 - 1000 ºC). Por tanto, durante el proceso de diseño se debe seleccionar la temperatura deseada, que vendrá determinada por el sistema en que se vaya a integrar, el tipo de combustible y las propiedades de los electrolitos (sólidos) disponibles.

Descripción de la tecnología

Como su nombre indica tanto los electrodos como el electrolito son sólidos. Están diseñados para reformar directamente hidrocarburos ligeros (como gas natural), de forma que si se quisieran emplear compuestos más pesados (como gasolina) tendría que añadirse un reformador externo.

La mayor parte de las células individuales son cilíndricas con un ánodo poroso externo, un electrolito denso y un cátodo fino y poroso en contacto con el aire. Estas células se unen en serie mediante componentes metálicos.

Ventajas:

- Tienen una eficiencia muy alta:60 - 65 %

- Admite gran variedad de combustibles y catalizadores

- Se puede evitar el uso de platino, que encarece mucho las pilas

Inconvenientes:

- Requieren temperaturas muy altas (por encima de 800 ºC, se investiga cómo reducirla hasta 500 ºC)

- Tienen un arranque lento

- Sufren corrosión y roturas debido a las altas temperaturas, especialmente en los procesos de arranque y apagado

Componentes:

Las SOFCs están compuestas por un ánodo, un cátodo y un electrolito.

El ánodo

El ánodo es cerámico y muy poroso, de manera que el combustible pueda penetrar hasta el electrolito con facilidad. Debe conducir los electrones, y es preferible que también sea un buen conductor de iones. Suele ser la parte más gruesa y resistente de la célula, de forma que el resto de capas se apoyan sobre ella.

Los materiales más empleados son compuestos cerámica - metal (cermet), con níquel mezclado con el material del electrolito.

Cátodo

El cátodo es una lámina delgada porosa que descansa en la parte interna del electrolito. Como el ánodo, debe conducir los electrones e, idealmente, iones.

Actualmente se emplean manganitas de lantano y estroncio (LSM) en los usos comerciales, ya que son compatibles tanto mecánica como químicamente con los electrolitos más comunes. Desafortunadamente estas células sólo funcionan correctamente por encima de 800 ºC, de forma que la investigación en este campo se centra en encontrar cátodos que permitan bajar la temperatura de operación.

Electrolito

El electrolito es una capa densa de cerámica que conduce iones de oxígeno y que tiene una conductividad electrónica muy baja para impedir que haya corrientes electrónicas entre cátodo y ánodo.

Los electrolitos más usuales son de zirconio estabilizado con itrio (YSZ) o con escandio (ScSZ) y de cerio dopado con gadolinio, y de su elección depende también la elección del ánodo.