Científicos rusos hallan nuevos materiales para la energía eficiente
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Científicos rusos han propuesto nuevas sustancias que pueden usarse para producir electricidad en celdas de combustible, que podría mejorar las condiciones operativas de estos dispositivos y también hacerlos más rentables.
Las celdas de combustible son dispositivos de generación que convierten la energía del combustible, sin quemarlo, en electricidad, con la liberación parcial de calor. No tienen superficies de fricción o desgaste y su coeficiente de rendimiento es mayor que el de las plantas utilizadas en la industria de la energía tradicional.
El más prometedor hasta la fecha, según los expertos, es el uso de pilas de combustible de óxido sólido —SOFC, por sus siglas en inglés—. Dado que en tal modificación de los dispositivos es posible usar combustibles de naturaleza diferente y su reacción con oxígeno (sin usar catalizadores costosos), el agua resultante se convierte en el producto de secundario.
"Para llevar a cabo una reacción química en una celda de combustible, es necesario que entre el cátodo y el ánodo haya una capa de material que conduce iones de oxígeno, un electrolito sólido", explicó Natalia Kabanova, investigadora principal del equipo de la Universidad técnica estatal de Samara.
Hoy en día, los SOFC utilizan electrolitos basados en óxidos de circonio, capaces de transportar iones de oxígeno dentro de sí mismos solo a temperaturas muy altas, lo que empeora drásticamente la rentabilidad de los SOFC, agregó la experta.
Los investigadores han propuesto nuevos compuestos que contienen lantánidos con alta conductividad de iones de oxígeno que mejorarán la tecnología de producción de los SOFC y los harán más asequibles.
Los desarrolladores utilizaron un cribado computarizado de alto rendimiento basado en el análisis geométrico-topológico de las estructuras cristalinas para aislar los componentes más adecuados para los SOFC. Examinaron sustancias que contienen elementos lantánidos y aislaron 270 de los conductores de iones de oxígeno más prometedores, de los cuales 46 tenían una estructura interna diferente de los compuestos conocidos actualmente para los SOFC.
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Natalia Kabanova, investigadora principal del centro internacional de investigación en ciencia teórica de los materiales de la Universidad politécnica de Samara, en el proceso de trabajo
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Modelo de material conductor de iones de oxígeno
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Natalia Kabanova realiza una investigación
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Natalia Kabanova, investigadora principal del centro internacional de investigación en ciencia teórica de los materiales de la Universidad politécnica de Samara, en el proceso de trabajo
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Modelo de material conductor de iones de oxígeno
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Natalia Kabanova realiza una investigación
"Para sintetizar un nuevo tipo de conductor de iones de oxígeno, se puede ordenar todas las variantes posibles de sustancias o, utilizando métodos modernos de modelado por computadora de características físicas, predecir una serie de candidatos para la síntesis", expuso Kabanova.
Según ella, en el centro científico de la Universidad técnica estatal de Samara en 2006 se desarrolló una técnica para encontrar estructuras cristalinas que no tiene análogos en el mundo, dentro de las cuales hay canales para el movimiento de iones. Esta técnica permite realizar cálculos de grandes bases de datos y, en un tiempo relativamente corto, determinar las más prometedoras para la conductividad iónica de la sustancia.
5 de julio 2023, 12:09 GMT
Kabanova manifestó que los cálculos teóricos adicionales con la ayuda de métodos de simulación mecánica cuántica permiten refinar una serie de características energéticas y obtener una predicción más precisa de las propiedades de las sustancias. Varios conductores de iones de litio, sodio y potasio ya se han sintetizado para crear nuevos tipos de materiales en dispositivos electroquímicos.
Según los científicos, planean comenzar a sintetizar nuevos conductores de iones de oxígeno, continuar el trabajo para investigar el rendimiento electroquímico y predecir conductores de iones de oxígeno entre otros grupos de compuestos.
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