Caracterización de materiales. Crédito: Nature Energy (2025). Doi: 10.1038/s41560-025-01800-1
Para construir una red eléctrica moderna con la flexibilidad y la resistencia para manejar fuentes de energía fluidos y fluidas como energía solar y eólica, los ingenieros de la Universidad de West Virginia han diseñado y probado con éxito una celda de combustible que puede cambiar entre almacenar o hacer electricidad y también generar hidrógeno a partir del agua.
A diferencia de las tecnologías similares, la celda de combustible puede soportar el calor y el vapor generado cuando se ejecutan a escala industrial durante largos períodos a alta potencia. Además, aborda los tres grandes problemas con los diseños existentes para una tecnología de energía potencialmente valiosa llamada “célula electroquímica de cerámica protónica”.
El estudio es publicado En la revista Nature Energy.
El investigador Xingbo Liu, profesor de ciencias de los materiales y decano asociado de investigación en el WVU Benjamin M. Statler College of Engineering y Mineral Resources, explicó que debido a que los PCEC cambian entre el almacenamiento de energía y la producción de energía, podrían ser una tecnología de ahorro de vida para una gride eléctrica de EE. UU. ondas.
Sin embargo, Liu dijo que los diseños de PCEC actuales “son inestables en entornos de vapor alto, con conexiones débiles entre capas y que funcionan mal en la tarea crítica de realizar protones. En respuesta, nuestro grupo construyó un diseño de ‘andamio conformalmente recubierto’ conectando electrolitos, y lo sellamos y lo sellamos con una capa eléctrica de electrocatalia y se reducen las protecturas y la temperatura de la electrojidad y la temperatura de la electricidad, y los temperaturas de la electrocatoria, y las protectores de la electrotron y las temperaturas se reducen y se reducen y se reducen y se reducen las protecturas y se reducen y se reducen las protecturas y se reducen y se reducen las protecturas y se reducen y se reducen a las temperaturas y se reducen, y se reducen las protecturas, y las temperaturas, y se reducen. pueden todos moverse a través de la estructura “.
Un equipo de investigación dirigido por Xingbo Liu, un ingeniero de materiales de WVU, desarrolló un dispositivo que puede hacer y almacenar electricidad a pesar del calor y el vapor intensos. Su diseño de pilas de combustible podría ayudar a construir una red eléctrica capaz de adaptarse a los cambios en el suministro y la demanda de energía. Crédito: WVU / Micaela Morrissette
Su prototipo hizo su trabajo durante más de 5,000 horas, a 600 grados Celsius y 40% de humedad, rompiendo moléculas para producir electricidad e hidrógeno a través del proceso de electrólisis. Mientras más tiempo, un pequeño PCEC realizó continuamente el mismo proceso fue de 1.833 horas, y en ese caso, el rendimiento se degradó con el tiempo, dijo Liu.
“Esa tecnología no estaba lista para aplicaciones a gran escala”, dijo. “En comparación, nuestro diseño de andamio con recubrimiento conforme fue tan bien en los modos de almacenamiento de energía y producción de energía que también construimos una versión de prueba de un sistema que utiliza células CCS para almacenar hidrógeno y usarlo en reacciones de electrólisis. Nuestro sistema se mantiene estable mientras cambiamos suavemente y con frecuencia de vuelta y hacia atrás entre esos modos, incluso durante los ciclos de 12 horas. energía.”
El trabajo fue dirigido por Hanchen Tian, un estudiante de doctorado de WVU e investigador postdoctoral en el momento del estudio, y Wei Li, entonces profesor asistente de investigación de WVU. Los contribuyentes adicionales de WVU incluyeron a Qingyuan Li, investigador postdoctoral; Debangsu Bhattacharyya, Profesor de Ingeniería de Materiales de GE Plastics; y Wenyuan Li, profesor asistente.
“Las PCEC usan membranas llamadas electrolitos y conductores llamados electrodos de oxígeno para mover protones a través de sus capas”, dijo Tian. “Pero el vapor ha llegado a los electrolitos en los diseños de PCEC de corriente y haciendo que fallaran con el tiempo. Otro problema es que los electrolitos y los electrodos se expanden de manera diferente bajo calor, por lo que las conexiones entre ellos se debilitan durante el uso”.
El equipo de WVU incorporó el ion bario para ayudar al recubrimiento a retener agua, lo que facilita el movimiento de protones. También incorporaron iones de níquel para fabricar células CCS más grandes que se mantuvieron estables y planas. Y debido a que su PCEC funciona con vapor de agua, puede alimentarse con agua salada o agua de baja calidad, en lugar de agua purificada.
“Todo lo que se muestra prometiendo para ampliar los niveles industriales”, dijo Tian. “Demostramos que es posible hacer, a gran escala, las celdas de combustible CCS que se mantendrán fuertes y estables en condiciones intensas”.
Más información: Hanchen Tian et al, diseño de andamio con recubrimiento conforme utilizando PR1.8BA0.2NIO4.1 tolerante al agua para células electroquímicas cerámicas protónicas con estabilidad de electrólisis de 5,000 h, energía natural (2025). Dos: 10.1038/s41560-025-01800-1
Proporcionado por la Universidad de West Virginia
Cita: la celda de combustible resistente puede estabilizar la red eléctrica haciendo y almacenando energía en condiciones industriales extremas (2025, 2 de julio) Recuperado el 2 de julio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-07-tough-fuel-cell-power.html
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