p (PhysOrg.com) - Cientistas de materiais da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard (SEAS) e da SiEnergy Systems LLC demonstraram a primeira célula de combustível de óxido sólido (SOFC) de película fina em macro escala. p Embora as SOFCs tenham trabalhado anteriormente em microescala, esta é a primeira vez que qualquer grupo de pesquisa supera os desafios estruturais de dimensionar a tecnologia até um tamanho prático com uma saída de energia proporcionalmente maior.

p Reportado online em 3 de abril em Nature Nanotechnology , a demonstração desta SOFC totalmente funcional indica o potencial das células a combustível eletroquímicas de ser uma fonte viável de energia limpa.

p "O avanço neste trabalho é que demonstramos densidade de potência comparável ao que você pode obter com membranas minúsculas, mas com membranas que são cerca de cem vezes maiores, demonstrando que a tecnologia é escalonável, "diz o investigador principal Shriram Ramanathan, Professor Associado de Ciência dos Materiais na SEAS.

p SOFCs criam energia elétrica por meio de uma reação eletroquímica que ocorre através de uma membrana ultrafina. Esta membrana de 100 nanômetros, compreendendo o eletrólito e eletrodos, tem que ser fino o suficiente para permitir que os íons passem por ele a uma temperatura relativamente baixa (que, para células a combustível cerâmicas, encontra-se na faixa de 300 a 500 graus Celsius). Essas baixas temperaturas permitem uma inicialização rápida, um design mais compacto, e menos uso de materiais de terras raras.

p Até aqui, Contudo, filmes finos foram implementados com sucesso apenas em micro-SOFCs, onde cada chip no wafer da célula de combustível tem cerca de 100 mícrons de largura. Para aplicações práticas, como o uso em fontes de energia compactas, As SOFCs precisam ser cerca de 50 vezes mais largas.

p As membranas eletroquímicas são tão finas que criar uma nessa escala é aproximadamente equivalente a fazer uma folha de papel de 5 metros de largura. Naturalmente, as questões estruturais são significativas.

p "Se você fizer uma membrana fina convencional nessa escala, sem uma estrutura de suporte, você não pode fazer nada, vai apenas quebrar, "diz o co-autor Bo-Kuai Lai, um pós-doutorado no SEAS. "Você faz a membrana no laboratório, mas você nem consegue tirar. Isso vai quebrar. "

p Com o autor principal Masaru Tsuchiya (Ph.D. '09), um ex-membro do laboratório de Ramanathan que agora está na SiEnergy, Ramanathan e Lai fortificaram a membrana de filme fino usando uma grade metálica que se parece com tela de galinheiro em nanoescala.

p O minúsculo favo de mel de metal fornece o elemento estrutural crítico para a grande membrana, ao mesmo tempo que serve como um coletor de corrente. A equipe de Ramanathan conseguiu fabricar chips de membrana com 5 mm de largura, combinando centenas desses chips em wafers SOFC do tamanho da palma da mão.

p Enquanto as tentativas anteriores de outros pesquisadores de implementar a grade metálica mostraram sucesso estrutural, A equipe de Ramanathan é a primeira a demonstrar uma SOFC totalmente funcional nessa escala. A densidade de potência de sua célula de combustível de 155 miliwatts por centímetro quadrado (a 510 graus Celsius) é comparável à densidade de potência de micro-SOFCs.

p Quando multiplicado pela área ativa muito maior desta nova célula de combustível, essa densidade de energia se traduz em uma saída alta o suficiente para ser relevante para a energia portátil.

p Trabalhos anteriores no laboratório de Ramanathan desenvolveram micro-SOFCs que são totalmente cerâmicos ou que usam metano como fonte de combustível em vez de hidrogênio. Os pesquisadores esperam que trabalhos futuros em SOFCs incorporem essas tecnologias nas células de combustível de grande escala, melhorando sua acessibilidade.

p Nos próximos meses, eles vão explorar o projeto de novos ânodos nanoestruturados para combustíveis alternativos de hidrogênio que são operáveis ​​nessas baixas temperaturas e trabalhar para melhorar a estabilidade microestrutural dos eletrodos.