Revista Energética. Mayo 2025

EN EL SECTOR INDUSTRIAL Desarrollo y fabricación de celdas y de stacks de óxido sólido Las pilas de combustible y los electrolizadores son esenciales para el progreso de la economía del hidrógeno. El uso de la tecnología de celdas de óxido sólido (SOC) de alta temperatura ofrece ventajas relevantes. Para promover la implementación de sistemas de este tipo, es imprescindible proporcionar al mercado soluciones de desarrollo y de fabricación de stacks de óxido sólido. FERNANDO MORENO NEVADO TÉCNICAS DE CONTROL Y ANÁLISIS (TCA) L as consecuencias del cambio climá- tico están acelerando la adopción de medidas para reducir las emisiones de CO₂. En este contexto, el hidrógeno emer- ge como un vector energético clave para co- nectar sectores como la red eléctrica, la mo- vilidad, la industria química y el suministro de calor. Además, permite almacenar ener- gía a largo plazo y sustituir fuentes fósiles. Para cubrir la creciente demanda de hidró- geno verde, la electrólisis será fundamental, y entre sus tecnologías, la de óxido sólido (SOEC) destaca por su alta eficiencia energé- tica. Esta ventaja convierte a la SOEC en una solución prometedora para la producción industrial de hidrógeno. El desarrollo de instalaciones de electróli- sis requiere ampliar rápidamente la capaci- dad de producción de stacks SOEC, lo cual implica la implementación de líneas de fa- bricación automatizadas y específicamente optimizadas. Este artículo analiza el diseño de las celdas de óxido sólido y los procesos industriales asociados a la producción de stacks. Desarrollo y validación de celdas Las celdas de óxido sólido (SOC) consisten en una lámina delgada de electrólito sinte- rizado a la que se le aplican en cada lado materiales específicos de electrodos de aire y combustible. Más concretamente, una cel- da consta de: Un electrólito cerámico, habitualmente dióxido de circonio estabilizado con óxido de itrio (YSZ), que es buen aislante eléctrico, impermeable a los gases y conductor de io- nes O²⁻ a altas temperaturas. Dos electrodos porosos (combustible y aire), que permiten el paso de gases y la con- ducción eléctrica. Los materiales típicos in- cluyen níquel para el electrodo de combus- tible y manganita de lantano-estroncio (LSM) para el de aire. Comúnmente, los materiales de los elec- trodos de combustible y de aire se imprimen sobre el electrólito (por ejemplo, mediante serigrafía) en forma de pasta. Tras la impre- sión, los materiales deben secarse antes de ser sinterizados a 1000-1400 °C. Las tecnologías de celdas se dividen en va- rios tipos según la capa de soporte que apor- ta estabilidad mecánica a la celda. Los tipos más comunes son: • Células soportadas por electrolito (ESC) • Células soportadas por ánodo (ASC) • Células soportadas por metal (MSC) En las fases de desarrollo, resulta esencial disponer de sistemas de prueba versátiles y compatibles con diferentes arquitecturas de celdas. En particular, los sistemas con “hou- sings” totalmente cerámicos y acabados tipo espejo ofrecen entornos de ensayo libres de contaminación y sin necesidad de selladores vítreos, lo que permite reutilizar las celdas en múltiples ensayos. Además, permiten inte- grar técnicas analíticas como la espectrosco- pía Raman. Otras funcionalidades relevantes inclu- yen humidificadores (por inyección direc- ta o combustión) para generar atmósferas controladas con hasta un 100% de vapor, unidades de desulfuración y reformadores que permiten trabajar con gases como H₂, CH₄, CO, NH₃ o CO₂, cargas electrónicas bi- direccionales para operación reversible y espectroscopía de impedancia (EIS) de altas prestaciones. Sinterización de stack Para alcanzar potencias útiles en aplicacio- nes energéticas, las celdas de óxido sólido (SOC) se apilan en configuraciones denomi- nadas stacks. En estos, las celdas se conec- tan eléctricamente en serie, lo que permite incrementar el voltaje proporcionalmente al número de unidades. La disposición más ha- bitual es la bipolar, donde el ánodo de una celda se conecta directamente al cátodo de la siguiente, optimizando la conducción y el empaquetado. IMAGEN 1: Vista general de un sistema de pruebas de celdas de óxido sólido. descarbonización 90 ENERGÉTICA XXI · 246 · MAY 25