Desarrollan materiales cerámicos avanzados

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El Instituto Tecnológico de Saltillo (ITS), en México, desarrolla cerámicos avanzados, obtenidos mediante el método de mecanoquímica, para usarse como electrolitos sólidos en celdas de combustible cerámicas, cuyo fin es la generación limpia de energía eléctrica.

El origen de este tipo de proyectos surge por la necesidad de hacer más eficientes tecnologías como las celdas de combustible cerámicas (o SOFC, por sus siglas en inglés, solid oxide fuel cells), de manera que puedan ganar terreno en el mercado energético ante la inminente disminución de las reservas mundiales de combustibles fósiles.

El doctor José Alonso Díaz Guillén, profesor investigador del Departamento de Metal Mecánica y de la División de Estudios de Posgrado e Investigación del ITS, explicó: “Buscamos desarrollar materiales cerámicos avanzados obtenidos por proceso de mecanoquímica, con el fin de aplicarlos en la tecnología de celdas de combustible cerámicas, que son dispositivos que permiten la generación de energía eléctrica de una forma alterna, a partir de una reacción química entre hidrógeno y oxígeno, produciendo únicamente agua pura como subproducto”.

Actualmente, dichas celdas funcionan a temperaturas de entre 700 y mil centígrados, por lo requieren disminuir su temperatura de trabajo que genera condiciones que pueden dar pie a diversos problemas en su funcionamiento.

Por esto, el grupo de investigación del ITS propone sustituir el electrolito actualmente utilizado (conductor iónico hecho mayoritariamente de zirconia ZrO2) por otro más estable químicamente, es decir, que no reaccione con otros componentes de la celda. Los investigadores del ITS sugieren el uso de circonatos y hafnatos de lantánidos como electrolitos sólidos, ya que presentan propiedades de conducción iónica muy similares a los actualmente utilizados y tienen la ventaja de ser químicamente estables a temperaturas mayores a mil 500 centígrados. “Son tan buenos conductores pero mucho más estables, permitirían incrementar la eficiencia y vida útil de una celda de este tipo”, comentó el doctor Díaz Guillén.

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Material sinterizado visto en el microscopio electrónico de barrido. (Foto: CONACYT)

Estos materiales que se proponen no solo tienen buenas propiedades eléctricas y estabilidad térmica, sino que además cuentan con una conductividad térmica extremadamente baja.

Por esto, el doctor Díaz Guillen y el equipo de investigadores del ITS ven la posibilidad de otra aplicación de estos cerámicos avanzados, como recubrimientos protectores de piezas metálicas expuestas a altas temperaturas, como álabes y cámaras de combustión de turbinas de gas o incluso pistones en motores diesel.

“Consiste en desarrollar estos materiales, buscando aplicarlos en una tecnología que se llama de barreras térmicas, que son recubrimientos aislantes térmicos extremadamente delgados, es decir aislantes térmicos, aplicados sobre ciertos componentes metálicos de turbinas de gas, sobre todo en la industria aérea, en turbinas de aviones”, puntualizó el doctor Díaz Guillén.

Los investigadores del ITS iniciarán pruebas de aplicación de recubrimientos aislantes y planean además probar los mismos materiales en prototipos de celdas de combustible para corroborar su eficiencia y señalan, en información técnica del proyecto, que los resultados de la caracterización los han llevado a asegurar que los materiales, por lo menos los obtenidos hasta la fecha, son suficientemente capaces y tienen las propiedades adecuadas para ser utilizados.

“Hemos llegado a un avance bastante importante en esta tecnología (…) vamos por la aplicación, pero una parte fundamental es seguir diseñando y generando nuevos materiales; además de los que ya hemos estado desarrollando, hemos empezado con diferentes mezclas que pudieran mejorar sus propiedades térmicas, eléctricas y/o mecánicas”, detalló Díaz Guillén.

Para finalizar, el investigador lanzó la invitación a alumnos de posgrado a integrarse a sus proyectos. “Estamos en constante búsqueda de estudiantes que quieran incorporarse a los proyectos de investigación para los posgrados del Tecnológico de Saltillo, son bienvenidos a trabajar con nosotros”.

El resultado es producto de un trabajo en equipo entre investigadores y alumnos de posgrado y colaboraron instituciones como el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) Saltillo, a través del doctor Antonio Fernández, además de colaboradores de la Universidad Complutense de Madrid y la Universidad de Castilla-La Mancha, en España. (Fuente: CONACYT/DICYT)

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