Un equipo de investigadores de la Universidad de Kyushu, Japón, ha conseguido lo que parecía inalcanzable: desarrollar un nuevo tipo de SOFC capaz de funcionar a solo 300 °C (500 °F), una temperatura menos de la mitad de la habitual, que no solo abarataría la tecnología, sino que abriría la puerta a su uso doméstico e industrial a gran escala.
Las celdas de combustible de óxido sólido (SOFC, por sus siglas en inglés) son altamente eficientes y cuentan con una larga vida útil, pero tienen una gran limitación: necesitan operar a temperaturas muy elevadas, entre 700 y 800 °C, un requisito que implica costosos materiales resistentes al calor, lo que dificulta su adopción masiva.
El éxito se basa en una reingeniería del electrolito de la celda, la capa cerámica encargada de transportar protones (iones de hidrógeno) para generar electricidad.
“El equipo espera que estos nuevos hallazgos conduzcan al desarrollo de SOFC de bajo costo y baja temperatura, y aceleren enormemente la aplicación práctica de estos dispositivos”, indicaron los investigadores en el comunicado.
En el pasado, los intentos por mejorar esta capa se enfrentaban a un dilema: agregar dopantes químicos aumentaba la cantidad de protones disponibles, pero también bloqueaba la estructura cristalina, frenando su movimiento y reduciendo el rendimiento.
El profesor Yoshihiro Yamazaki, de la Platform of Inter-/Transdisciplinary Energy Research de la Universidad de Kyushu y líder del estudio, explicó: “Buscamos cristales de óxido que pudieran alojar muchos protones y, al mismo tiempo, permitirles moverse libremente. Nuestro nuevo estudio finalmente logró ese equilibrio”.
El equipo de Japón encontró la solución al dopar dos compuestos, estannato de bario (BaSnO₃) y titanato de bario (BaTiO₃), con altas concentraciones de escandio (Sc). Este elemento forma lo que los investigadores han llamado una “autopista ScO6”, una estructura que crea un canal ancho y de vibración suave a través del material.
Gracias a este diseño, el nuevo material alcanza una conductividad protónica superior a 0,01 S/cm a 300 °C, un rendimiento comparable al de los electrolitos de SOFC convencionales que operan a más del doble de esa temperatura.
“Este canal es amplio y vibra suavemente, lo que evita el atrapamiento de protones que normalmente afecta a los óxidos con alta concentración de dopantes”, explicó Yamazaki.
Más allá de las celdas de combustible
El principio detrás de este diseño podría tener aplicaciones más amplias en el sector energético, y Yamazaki subrayó que la misma idea podría emplearse en otros dispositivos clave para la descarbonización.
“Más allá de las celdas de combustible, el mismo principio puede aplicarse a otras tecnologías, como electrolizadores de baja temperatura, bombas de hidrógeno y reactores que convierten CO₂ en productos químicos valiosos, multiplicando así el impacto de la descarbonización”, indicó.
Con esta investigación, el equipo de Japón afirma haber transformado un problema científico de larga data en una solución práctica.“Nuestro trabajo convierte una paradoja científica en una solución funcional, acercando el poder del hidrógeno asequible a la vida cotidiana”, explicó Yamazaki.
Reducir la temperatura de operación a 300 °C significa, según Yamazaki, que se podrán recortar drásticamente los costos de materiales y hacer viable la producción de sistemas para el mercado de consumo.
“Al bajar la temperatura de trabajo a 300 °C, se reducen los costos de materiales y se abre la puerta a sistemas de nivel consumidor”, destacó el profesor.
Este avance podría acelerar la transición hacia tecnologías de energía limpia más accesibles, no solo para aplicaciones industriales, sino también para hogares y comunidades más allá de Japón.
