Los análisis SOEC tras la prueba muestran una difusión mejorada de cationes de Zr y/o Sr en las capas de electrolito, la deslaminación y la redistribución de Ni cerca del electrolito, lo que da lugar a una mayor tasa de degradación en comparación con las condiciones de las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC). Muestra cortesía de M. Cantoni, EPFL, Lausanne, CH.
Materiales energéticos

Protegiendo nuestro planeta

El futuro de las pilas de combustible

El cambio climático, la seguridad energética y la protección del medioambiente son desafíos comunes a los que se enfrentan todos los países. Si vamos a proteger nuestro planeta a partir de ahora, necesitamos alternativas a la tecnología de combustibles actual. Estas alternativas pueden disminuir potencialmente nuestra necesidad de petróleo y reducir la cantidad de emisiones nocivas y gases de efecto invernadero liberados a la atmósfera, lo que las convierte en un sustituto atractivo para los motores de combustión interna.  

El desafío de analizar estructuras en múltiples escalas

Por ejemplo, el transporte y almacenamiento del hidrógeno es una barrera significativa para su uso extendido en sistemas de combustible. No obstante, hay que superar varios desafíos antes de que estas pilas de combustible se puedan adoptar ampliamente en los mercados de consumo. Otro problema es la compleja estructura en múltiples capas y de múltiples materiales de las pilas de combustible. Esta complejidad hace que las investigaciones en profundidad sobre su microestructura sean problemáticas, a menos que se cuente con las herramientas adecuadas.

Al igual que la tecnología actual de las pilas de combustible, el comportamiento de las alternativas de la nueva generación se verá determinado por sus propiedades físicas y químicas en un rango de escalas de longitud. Necesitará una captura de imágenes de alta resolución y un análisis químico preciso desde escala nanométrica hasta la escala micrométrica. Pero para entender lo que realmente hace que una pila de combustible funcione (o no), necesitará observar las evoluciones de la microestructura in situ sin dañar la pila.

La microscopía correlativa y conectada es la respuesta

La microscopía correlativa y de alta resolución es necesaria para resolver este desafío a múltiples escalas. También se necesitan técnicas operativas no destructivas que le permitan estudiar el funcionamiento en tiempo real de una pila de combustible. De esta forma, puede obtener información crítica sobre la microestructura, los modos de fallo y los efectos de los defectos presentes. 

ZEISS le ofrece soluciones correlativas para este problema multidimensional y de múltiples escalas. Una gama completa y conectada le ofrece las herramientas que necesita para analizar los materiales de las pilas de combustible en diferentes escalas de longitud en 2D, 3D y 4D.  

El siguiente paso

Obtenga más información sobre la gama de microscopios para el análisis de las pilas de combustible y sobre cómo captar imágenes de forma no destructiva a alta resolución, para obtener información crucial, a la vez que mantiene la integridad de la muestra. 

Imágenes de aplicación

  • Componentes del ánodo segmentados y límite de tres puntos de una pila de combustible de óxido sólido.

    Componentes del ánodo segmentados y límite de tres puntos de una pila de combustible de óxido sólido. Imagen captada con Xradia 810 Ultra (anchura de la muestra 39 µm).

  • Una pila de combustible de óxido sólido (SOFC) captada con el microscopio de rayos X XRM Xradia 810 Ultra.

    Una pila de combustible de óxido sólido (SOFC) captada con el microscopio de rayos X XRM Xradia 810 Ultra. Son visibles tres capas del SOFC: El cátodo poroso en la parte superior de manganita de estroncio de lantano (LSM). La red del LSM se ha marcado con colores según el grosor local. El azul es fino y el rojo es grueso. El centro de la muestra es el electrolito, hecho de circona estabilizada con itria (YSZ). Aquí son visibles los huecos que existen dentro del YSZ. Un hueco está marcado en naranja, ya que también conecta con la red de poros de la parte inferior de la pila. El ánodo en la parte inferior es un composite poroso de níquel y YSZ. El YSZ es azul, el níquel rojo. Renderizado generado con ORS Visual SI Advanced.

  • Superficie de la capa microporosa de una pila de combustible con electrolito de polímero sin revestir, captada en GeminiSEM a 2 kV con el detector Inlens SE.

    Superficie de la capa microporosa de una pila de combustible con electrolito de polímero sin revestir, captada en GeminiSEM a 2 kV con el detector Inlens SE. Las nanopartículas de carbono están aglomeradas con aglutinante para formar la estructura de gran porosidad, mientras que se pueden ver nanopartículas aisladas de platino con un diámetro <10 nm decorando algunas regiones.

  • Los análisis SOEC tras la prueba muestran una difusión mejorada de cationes de Zr y/o Sr en las capas de electrolito

    Los análisis SOEC tras la prueba muestran una difusión mejorada de cationes de Zr y/o Sr en las capas de electrolito, la deslaminación y la redistribución de Ni cerca del electrolito, lo que da lugar a una mayor tasa de degradación en comparación con las condiciones de las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC). El FIB-SEM/EDS en 3D permite la medición de las propiedades métricas y topológicas y dirige simulaciones de elementos distintos para cuantificar primero el alcance de los cambios microestructurales y, en segundo lugar, para cuantificar de forma precisa el efecto perjudicial en el rendimiento de la pila. Conjunto de datos captado con ZEISS Crossbeam y Atlas 5.

  • Renderizado en 3D de un conjunto de electrodo de membrana de pila de combustible con electrolito de polímero.

    Renderizado en 3D de un conjunto de electrodo de membrana de pila de combustible con electrolito de polímero. Las fibras de las capas de difusión de gas se muestran en verde y magenta, las capas microporosas en azul, las capas del catalizador en amarillo brillante y el electrolito en amarillo oscuro. Imagen captada con Xradia Versa.

Tomograma en 3D de una pila de combustible de óxido sólido

Hecho del material compuesto resistente al calor de cerio enriquecido con samario y níquel.
Imagen captada con ZEISS Crossbeam.


Compartir este artículo

Descargas

    • ZEISS Atlas 5

      Characterization of Solid Oxide Electrolysis Cells by Advanced FIB-SEM Tomography

      Tamaño de archivo: 1 MB
    • ZEISS Xradia 810 Ultra

      Characterizing Solid Oxide Fuel Cell Microstructures in 3D

      Tamaño de archivo: 1 MB