Investigadores
del grupo 'Química del
estado sólido y de los materiales' (ESYMAT) han dado un paso importante en el
desarrollo de materiales avanzados para mejorar las pilas de combustible, una
tecnología clave en la transición hacia fuentes de energía más sostenibles.
El
equipo, formado por los catedráticos Ulises Amador y María Teresa Azcondo, junto con los técnicos del Servicio de Apoyo a la
Investigación de Difracción de Rayos-X y Microscopía Electrónica de Barrido, Paula Rosendo y Lautaro Biancotto, ha
estudiado, dentro del marco del proyecto PID2022-139501OB-C21 de generación del
conocimiento, dos nuevos materiales llamados perovskitas de alta entropía.
Estos compuestos, con nombres técnicos LCMNFC y LCMNFC-IR, están basados en
mezclas complejas de metales como lantano, calcio, manganeso, hierro y cobalto.
La
alta entropía se refiere a la gran variedad de combinaciones posibles y en la
distribución de los diferentes átomos del material. Esta diversidad en su
estructura atómica les da propiedades muy útiles para aplicaciones energéticas,
como mejorar la eficiencia y durabilidad de los cátodos en las pilas de
combustible. “Esta línea de investigación permitirá optimizar los dispositivos
electroquímicos en un futuro próximo”, añade el catedrático Ulises Amador.
Uno de
los hallazgos más interesantes del estudio es el papel clave que juegan las vacantes de oxígeno,es decir, huecos donde falta un átomo de oxígeno en la
estructura del material. “La posibilidad de controlar la cantidad y disposición
de estas vacantes abre nuevas puertas para el diseño de materiales
funcionales”, comenta Paula Rosendo.
Gracias
a avanzadas técnicas de análisis, como la difracción de neutrones realizada en el Instituto Laue
Langevin (ILL) de Grenoble (Francia), los científicos han podido observar
con gran detalle cómo están organizados los átomos en estos materiales. Aunque
ambos compuestos contienen los mismos elementos, sus estructuras internas son
distintas. Uno de ellos, LCMNFC-IR, presenta una organización atómica inusual y
más ordenada, estabilizada por una simetría especial. “Este tipo de
caracterización avanzada es clave para entender cómo la estructura influye
directamente en el rendimiento electroquímico”, señala Lautaro Biancotto.
Este
orden atómico está influido por la presencia de un tipo específico de manganeso
(Mn³?), que parece ser clave para la formación de una
estructura en capas alternadas. Estas capas contienen diferentes proporciones
de metales, lo que afecta a la entropía, pero sin perder las ventajas que hacen
de estos materiales una opción prometedora para la energía del futuro.
“Trabajar con materiales de alta entropía implica un desafío técnico, pero
también una oportunidad para innovar en tecnologías sostenibles”, subraya la
catedrática María Teresa Azcondo.
El
estudio ha sido publicado en la revista Inorganic Chemistry de la American
Chemical Society (ACS), y representa un avance significativo en la búsqueda de nuevos materiales que
permitan diseñar pilas de combustible más eficientes, duraderas y sostenibles. “Este reconocimiento internacional respalda la calidad de
nuestra investigación y nos anima a seguir explorando soluciones energéticas
más limpias”, concluye el equipo.
Para más información:
PaulaRosendo,M.TeresaAzcondo,LautaroBiancotto,GloriaAnemone,
KhalidBoulahya, ClemensRitter, and UlisesAmador “Defects and Defect Association
Determine the Actual Entropy of Perovskites Derived from Lanthanum-Calcium
Ferrite” https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.4c05465