Un nuevo material permite mejorar las pilas y baterías de hidrógeno

Investigadores liderados por Genki Kobayashi en el Cluster RIKEN de Investigación Pionera en Japón han anunciado un avance revolucionario que podría transformar el panorama de las pilas y baterías de hidrógeno. Han desarrollado un electrolito sólido capaz de transportar iones hidruro (H-) a temperatura ambiente, abriendo la puerta a mejoras significativas en la seguridad, eficiencia y densidad energética de las pilas y baterías de combustible de estado sólido basadas en hidrógeno.

El estudio, publicado en la prestigiosa revista Advanced Energy Materials, destaca que este desarrollo es un paso crucial hacia una economía energética basada en el hidrógeno, donde la simplicidad, la eficiencia y la seguridad son esenciales.

Hasta ahora, las pilas de combustible basadas en hidrógeno utilizan membranas poliméricas que requieren constante hidratación para facilitar el movimiento eficiente del hidrógeno. Este requisito ha agregado complejidad y costos al diseño de baterías y pilas de combustible, limitando la viabilidad de una economía basada en el hidrógeno. El electrolito sólido desarrollado por Kobayashi y su equipo promete superar estos desafíos.

"Hemos logrado un verdadero hito", afirma Kobayashi. "Nuestro resultado es la primera demostración de un electrolito sólido conductor de iones hidruro a temperatura ambiente" añade.

El equipo se centró en hidruros de lantano (LaH3-δ) debido a su capacidad para liberar y capturar hidrógeno fácilmente, alta conductividad de iones hidruro, funcionamiento a temperaturas por debajo de 100 °C y estructura cristalina. Sin embargo, la fluctuación en el número de hidrógenos unidos al lantano a temperatura ambiente fue el principal obstáculo. Este problema, conocido como no estequiometría del hidrógeno, fue superado al introducir estroncio (Sr) y oxígeno en la fórmula, logrando la eficiencia deseada.

Resultados

El proceso de fabricación de muestras cristalinas mediante fresado de bolas y recocido permitió al equipo comprobar la alta velocidad de conducción de iones hidruro a temperatura ambiente. Además, al utilizar el nuevo material en una pila de combustible de estado sólido junto con titanio, observaron una conversión completa del titanio en hidruro de titanio (TiH2) cuando la fórmula incluía al menos un 0,2 de estroncio. Esto indica que prácticamente no se desperdician iones de hidruro.

"A corto plazo, nuestros resultados ofrecen pautas para el diseño de electrolitos sólidos conductores de iones hidruro", afirmó Kobayashi. "A largo plazo, creemos que este es un punto de inflexión en el desarrollo de baterías, pilas de combustible y celdas electrolíticas que funcionan con hidrógeno" suma.

El siguiente paso en la investigación será mejorar el rendimiento y desarrollar materiales de electrodos reversibles que permitan la recarga de las pilas y el almacenamiento eficiente del hidrógeno, allanando el camino hacia una nueva era en la generación y almacenamiento de energía basada en el hidrógeno.