Investigadores desarrollan la primera pila de combustible del mundo con acero inoxidable, capaz de alimentar smartphones durante una semana y prolongar el tiempo de vuelo de un dron durante más de una hora
Durante la última década, la tecnología móvil ha avanzado rápidamente. Los teléfonos inteligentes, los relojes inteligentes, las cámaras y los drones se han vuelto más inteligentes y poderosos que nunca.
Sin embargo, el desarrollo de estas tecnologías siempre se ha enfrentado a un gran desafío: el suministro de energía.
Con aplicaciones innovadoras de materiales de acero, esta limitación pronto podrá superarse, creando una nueva generación de soluciones energéticas para futuros dispositivos electrónicos.
Tecnología de batería-más duradera
Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (Corea del Sur), dirigidos por el profesor Gyeong Man Choi y el investigador doctoral Kun Joong Kim, desarrollaron un nuevo tipo de pila de combustible combinando acero inoxidable poroso con electrolitos de película fina-y electrodos con una capacidad térmica mínima.
El nuevo diseño ofrece mayor durabilidad y vida útil más larga en comparación con las baterías tradicionales de iones de litio-.
La pila de combustible puede alimentar un teléfono inteligente durante una semana después de una sola carga.
Los investigadores desarrollaron una celda de combustible de óxido sólido (SOFC) en miniatura que puede proporcionar suficiente energía para operar teléfonos inteligentes durante aproximadamente una semana y drones durante más de una hora.
También sugirieron que, basándose en sus ventajas estructurales, la tecnología podría convertirse en pilas de combustible más grandes y asequibles para los sistemas de energía automotrices de próxima-generación.
Utilizando un electrolito de óxido, la pila de combustible transfiere iones de oxígeno al electrodo de combustible, convirtiendo el hidrógeno en energía eléctrica.
Las pilas de combustible de óxido sólido en miniatura tradicionales suelen utilizar silicio como material de soporte. Sin embargo, la falta de coincidencia térmica entre el silicio y los materiales electrolíticos puede provocar una rápida degradación durante el funcionamiento.
El núcleo de acero inoxidable
Para superar estas limitaciones, el profesor Choi seleccionó un diseño basado en acero inoxidable poroso.
En comparación con las estructuras basadas en silicio-, el diseño de acero inoxidable mejoró el rendimiento y la durabilidad de la pila de combustible.
Según el profesor Choi y su equipo de investigación, se seleccionó el acero inoxidable por su excelente estabilidad termodinámica, resistencia mecánica y resistencia a reacciones de oxidación y reducción.
Para dispositivos de energía avanzados, como los sistemas micro{0}}SOFC, la selección de materiales es fundamental. Los productos de acero inoxidable, como la placa de acero inoxidable 304, se utilizan ampliamente en aplicaciones de precisión debido a su equilibrada resistencia a la corrosión, propiedades mecánicas y rendimiento de fabricación.
Mientras tanto, la placa de acero inoxidable 316 proporciona una mayor resistencia a la corrosión debido a su contenido de molibdeno, lo que la hace adecuada para entornos más exigentes donde se requiere estabilidad del material.
Fabricación avanzada de acero inoxidable para aplicaciones energéticas
La pila de combustible en miniatura se fabricó mediante un proceso de laminación y fundición de cinta (TCL), una técnica similar a la impresión 3D que permite la producción precisa de estructuras de capas finas-.
El uso de láminas de acero inoxidable permite a los ingenieros desarrollar componentes livianos y de alta precisión manteniendo la resistencia estructural.
Para las tecnologías energéticas de próxima-generación, los fabricantes requieren cada vez más materiales que combinen:
- Alta resistencia
- Estabilidad térmica
- Resistencia a la corrosión
- Control dimensional preciso
Estos requisitos hacen del acero inoxidable una elección de material importante para aplicaciones electrónicas avanzadas y relacionadas con la energía-.
El futuro de la energía portátil
La investigación, publicada en Scientific Reports, demostró que las pilas de combustible de óxido sólido en miniatura diseñadas con{0}}películas-en miniatura (micro-SOFC) podrían alcanzar una energía específica y una densidad de energía más altas.
Si se comercializa con éxito, esta tecnología podría reemplazar parcialmente las baterías de litio en dispositivos electrónicos portátiles.
Los investigadores explicaron que esta tecnología de batería es adecuada para dispositivos electrónicos portátiles que requieren alta densidad de potencia y ciclos térmicos rápidos.
Aunque se espera que los teléfonos inteligentes, las computadoras portátiles, los dispositivos portátiles y los drones sean aplicaciones importantes, los usos potenciales se extienden mucho más allá de la electrónica de consumo.
Las aplicaciones futuras podrían incluir aviones ultra-ligeros como el e-Gull, hogares inteligentes de próxima-generación e incluso vehículos eléctricos como el Tesla Model 3.
A medida que las tecnologías energéticas sigan desarrollándose, los materiales avanzados, incluidos los componentes de precisión de acero inoxidable, las láminas y las placas de acero inoxidable, seguirán respaldando la innovación en pilas de combustible, electrónica y sistemas de energía limpia.
