As células a combustível de óxido sólido (SOFCs) oferecem uma maneira estável e eficiente de gerar energia eletroquímica limpa, mas são impraticáveis ​​para uso em dispositivos portáteis por causa de suas altas temperaturas de operação. Uma nova estratégia de design e produção desenvolvida por Florencia Edith Wiria do Instituto de Tecnologia de Manufatura A * STAR de Cingapura e Pei-Chen Su da Universidade Tecnológica de Nanyang poderia ajudar a impulsionar as SOFCs para o uso convencional1.

SOFCs em microescala podem transformar eletrônicos de consumo, fornecendo mais energia do que as baterias existentes de uma forma ecologicamente correta. A prata é uma alternativa atraente e acessível aos caros cátodos de platina empregados nos projetos atuais de micro-SOFC. Mas eletrodos de prata derretem, então eles não podem reter a estrutura porosa fina necessária para uma reação eletroquímica eficiente no 500-1, Faixa de temperatura de 000 graus Celsius na qual esses dispositivos geralmente operam. Wiria e Su, portanto, procuraram desenvolver uma versão deste sistema resistente ao calor.

"Isso permitiria a extensão de SOFCs de fontes de energia estacionárias convencionais para aplicativos portáteis, "diz Wiria.

Wiria e Su usaram uma estratégia chamada 'infiltração química úmida', em que revestiram filmes finos de prata com uma camada de céria dopada com samário (SDC). Criticamente, a abordagem deles fez uso de uma impressora 3-D, conferindo controle requintado sobre o projeto do eletrodo. "Queríamos aproveitar a capacidade de impressão fina, estruturas complexas para realizar fontes de energia com várias formas, "diz Wiria. Os filmes de prata resultantes mantiveram a estrutura em nanoescala desejada, mas também foram protegidos sob uma camada cristalina de SDC.

Enquanto os filmes convencionais de prata derreteram rapidamente em um agregado sem forma à medida que as temperaturas passavam de 300-400 graus Celsius, os filmes infiltrados com SDC permaneceram praticamente inalterados mesmo a 500 graus Celsius. Esta integridade catódica aprimorada traduzida em desempenho robusto da célula de combustível após mais de um dia de operação contínua, com desempenho que superou até os eletrodos de platina. "Melhoramos significativamente a estabilidade térmica das células de combustível de óxido sólido com cátodos de prata nanoporosos da degradação atual de 73,6 por cento para apenas 7,9 por cento, "diz Wiria.

A análise microscópica confirmou que a microestrutura do eletrodo permaneceu praticamente intacta, mesmo após este teste, e os cátodos infiltrados exibiram apenas degeneração adicional modesta após 60 horas de operação.

Este trabalho promete estender muito a utilidade de SOFCs em microescala, e Wiria e Su estão procurando outras modificações que possam conferir ainda maior estabilidade e flexibilidade em seus projetos de cátodo. "No momento, estamos tentando usar um método de 'núcleo-casca' para encapsular totalmente nossas nanopartículas de prata, "explica Wiria, "e procurando outros métodos de impressão 3-D para produzir SOFCs infiltrados em SDC."