Baja la temperatura para transformar el hidrógeno en electricidad
Energía
Equipo Editorial del Sitio Web de Innovación Tecnológica - 12 de agosto de 2025
Ilustración de la formación de vías de transferencia de protones en los dos materiales desarrollados por el equipo. [Imagen: Universidad de Kyushu/Yoshihiro Yamazaki]
El dilema de la temperatura
Ingenieros japoneses han construido una pila de combustible que funciona a poco más de un tercio de la temperatura de funcionamiento de las pilas actuales.
A diferencia de las baterías , que liberan energía química almacenada en forma de electricidad, las celdas de combustible convierten el combustible químico directamente en electricidad: mantenga el tanque de la celda lleno y no dejará de producir electricidad.
El tipo más común y prometedor de estos generadores especiales son las pilas de combustible de hidrógeno de óxido sólido (SOFC), que convierten el gas hidrógeno en electricidad, generando únicamente agua como subproducto.
El problema es que estas células requieren temperaturas muy elevadas para funcionar, entre 700 y 800 grados Celsius, lo que las hace muy caras de fabricar y limita su uso práctico.
Ahora, Kota Tsujikawa y sus colegas de la Universidad de Kyushu han desarrollado una nueva pila de combustible de óxido sólido con una temperatura de funcionamiento eficiente de 300 °C. El equipo espera que este avance conduzca al desarrollo de pilas de combustible de óxido sólido (SOFC) de baja temperatura y bajo coste, acelerando significativamente la aplicación práctica de estos dispositivos.
Difusión de protones y su trayectoria. [Imagen: Kota Tsujikawa et al. - 10.1038/s41563-025-02311-w]
El dilema de los electrolitos
El corazón de una pila de combustible de hidrógeno es el electrolito, una capa cerámica que transporta partículas cargadas entre los dos electrodos para generar la corriente eléctrica. En las pilas SOFC, el electrolito transporta iones de hidrógeno, también conocidos como protones. Sin embargo, la pila de combustible debe operar a temperaturas extremadamente altas para funcionar eficientemente.
Los electrolitos se componen de diferentes combinaciones de átomos dispuestos en una estructura de red cristalina. Los protones viajan entre estos átomos. Por lo tanto, los investigadores han explorado diferentes combinaciones de materiales y dopantes químicos (sustancias que alteran las propiedades físicas del material) para mejorar la velocidad a la que los protones viajan a través de los electrolitos.
Pero aquí hay otro problema: "Añadir dopantes químicos puede aumentar la cantidad de protones móviles que pasan por un electrolito, pero generalmente obstruye la red cristalina, ralentizando los protones. Buscábamos cristales de óxido que pudieran albergar muchos protones y permitirles moverse libremente, un equilibrio que nuestro nuevo estudio finalmente logró", dijo el profesor Yoshihiro Yamazaki.
Estructura y estabilidad química de los nuevos electrolitos. [Imagen: Kota Tsujikawa et al. - 10.1038/s41563-025-02311-w]
Escandio
El equipo descubrió que dos compuestos, el estannato de bario (BaSnO 3 ) y el titanato de bario (BaTiO 3 ), dopados adecuadamente con altas concentraciones de escandio (Sc), alcanzan una conductividad protónica de referencia para celdas de combustible (0,01 S/cm) a tan solo 300 °C, un nivel de conductividad comparable a los electrolitos SOFC actuales, que requieren temperaturas en el rango de los 700 °C.
Esto es posible porque el escandio crea una especie de autopista de varios carriles para los protones, que luego fluyen mucho más fácilmente.
Más allá de las pilas de combustible, el mismo principio puede aplicarse a otras tecnologías, como la electrólisis de baja temperatura, las bombas de hidrógeno y los reactores que convierten el CO2 en sustancias químicas valiosas, multiplicando así el impacto de la descarbonización. Nuestro trabajo transforma una antigua paradoja científica en una solución práctica, acercando la energía del hidrógeno asequible a la vida cotidiana», concluye Yamazaki.
Artículo: Mitigación del atrapamiento de protones en óxidos de perovskita cúbica mediante redes octaédricas de ScO6
Autores: Kota Tsujikawa, Junji Hyodo, Susumu Fujii, Kazuki Takahashi, Yuto Tomita, Nai Shi, Yasukazu Murakami, Shusuke Kasamatsu, Yoshihiro Yamazaki Revista: Nature MaterialsDOI: 10.1038/s41563-025-02311-w
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