Las pilas de combustible utilizan la energía química del hidrógeno u otros combustibles para generar electricidad de forma eficiente. Empleando combustibles limpios como el hidrógeno, se logra que las pilas de combustible sean una fuente de energía respetuosa con el medio ambiente. Las pilas de combustible de esta clase han sido objeto de una intensa labor de desarrollo en todas partes del mundo, en un esfuerzo por combatir el cambio climático y la escasez de energía.

Las pilas de combustible cerámicas protónicas, una tecnología joven en este campo, se basan en electrolitos cerámicos conductores de protones y presentan las ventajas de unas bajas emisiones contaminantes, una alta eficiencia y la flexibilidad de funcionar bien no solo con hidrógeno sino también con otros gases como el amoníaco, el biogás y el metano.

Sin embargo, la comercialización generalizada de las pilas de combustible cerámicas protónicas se ha visto obstaculizada por la falta de materiales de cátodo de alto rendimiento y bajo coste. En la actualidad, las perovskitas basadas en el cobalto son los materiales catódicos más utilizados porque el cobalto puede bajar y subir fácilmente su número de oxidación, lo que se traduce en una actividad de reacción de reducción de oxígeno superior que es vital para el rendimiento del cátodo. Sin embargo, estos materiales tienen un coste elevado, causan contaminación en la minería y requieren complejos procedimientos de preparación incompatibles con la producción en masa. Además, son muy demandados en las baterías de iones de litio, que se utilizan habitualmente en los vehículos eléctricos.

Lo ideal sería sustituir el cobalto por metales de transición con costes más bajos pero con una reactividad comparable. El hierro está cerca del cobalto en la tabla periódica, comparte muchas propiedades químicas similares, pero es mucho más barato. Sin embargo, los materiales basados en el hierro han acostumbrado a ser peores catalizadores, provocando ello un rendimiento insatisfactorio.

El equipo internacional de Francesco Ciucci, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST), ha ideado un material, hecho de elementos químicos baratos, con el que ha sido posible fabricar una pila de combustible cerámica protónica que ha alcanzado un récord de rendimiento.

El nuevo material, denominado D-BFZ, tiene una excepcional actividad electroquímica para reaccionar con el oxígeno logrando una alta densidad de potencia pico, entre las mejores del sector, y una excelente estabilidad operativa. Además, el D-BFZ puede producirse mediante técnicas de síntesis sencillas y aptas para la producción en masa, lo que supone un gran paso hacia la fabricación a escala industrial y comercialmente viable de pilas de combustible cerámicas protónicas.

Ciucci y sus colegas exponen los detalles técnicos de su nueva pila de combustible cerámica protónica en la revista académica Nature Catalysis, bajo el título “Rational design of perovskite ferrites as high-performance proton-conducting fuel cell cathodes”. (Fuente: NCYT de Amazings)