viernes, 1 de marzo de 2013

Desentrañando la conductividad de las células de combustible

El circonio estabilizado con itrio, también conocida como YSZ, es un material de gran interés debido a su relativamente alta conductividad basada en iones de oxígeno. En particular, tiene aplicaciones en dispositivos electroquímicos, tales como células de combustible de óxido solido y sensores de oxígeno. Un estudio reciente ha ideado un modelo de la dinámica de iones de oxígeno que contribuyen a la conductividad de YSZ.

El problema es que las células de combustible actualmente operan por por encima de 700 ºC, lo cual limita fuertemente su uso. Comprender la difusión de los iones de oxígeno es clave para ayudar a rebajar la temperatura operativa hasta una temperatura ambiente. Los intentos previos de conseguirlo se llevaron a cabo con el llamado modelo de acoplamiento(CM), que describe conceptos físicos simples relacionados con la interacción entre iones. Esto ayudará a desvelar la importancia de la correlación entre iones en la limitación de la movilidad a gran rango, y por tanto a su conductividad.

El problema es que el experimento muestra que la conductividad iónica en el YSZ requiere de una enería de activación mucho mayor que la suministrada por las simulaciones por ordenador describiendo el salto de iones independientes. Basándose en el modelo CM, los investigadores establecieron primero una descripción cuantitativa de la dinámica de iones en el YSZ. Después compararon las predicciones del CM con los resultados experimentales y las simulaciones, particularmente con aquellas de delgadas películas a escala nanométrica, publicadas en los últimos diez años.

Así pues, en su modelo, establecieron la conexión entre el nivel de la barrera de energía para simulaciones de saltos de iones independientes y el nivel de energía de activación medido experimentalmente para movimientos de rango largo en iones de oxígeno. Además, atribuyeron el incremento de conductividad en películas de YSZ de un grosor nanométrico al decrecimiento en las correlaciones entre iones. Este modelo también puede usarse para estudiar la relajación de la conductividad de los llamados conductores iónicos fundidos, vítreos, cristalinos y líquidos iónicos a temperatura ambiente.

Via Springer

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