Cátodos nanoestructurados de alto rendimiento electroquímico para IT-SOFCs

LAURA BAQUÉ; ANALÍA SOLDATI; HORACIO TROIANI; ANJA SCHREIBER; ALBERTO CANEIRO; ADRIANA SERQUIS

Encuentro; XIV Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados; 2014

Las celdas de combustible de óxido sólido (SOFCs) se presentan como una alternativa interesante para su uso en la etapa de transición entre los combustibles fósiles y las energías renovables, ya que pueden trabajar tanto con combustibles fósiles como con hidrógeno. Un factor que dificulta la implementación masiva de esta tecnología es su alta temperatura de trabajo (700-1000°C), requerida para permitir la conducción de los iones de oxígeno dentro de sus componentes cerámicos. Durante la última década se desarrollaron nuevos materiales que permitieron reducir la temperatura de operación al rango 500-700°C, dando origen a las celdas de combustible de óxido sólido de temperatura intermedia (IT-SOFCs). No obstante, el rendimiento de estos dispositivos  en ese rango de temperatura se encuentra limitado por la alta resistencia de área específica (ASR) que presenta el cátodo. Los valores de ASR catódicos pueden reducirse si se disminuye el tamaño de partícula al rango de centenas o decenas de nanómetros. Esta mejora es usualmente asignada al aumento de la relación área/volumen y a una mayor concentración de sitios activos para reacción de reducción de oxígeno. Sin embargo, la explicación anterior parece no ser suficiente para justificar el alto rendimiento electroquímico observado en cátodos nanoestructurados de La0.4Sr0.6Co0.8Fe0.2O3-d reportados previamente por nuestro grupo [Baqué et al, Electrochemistry Comm. 10 (2008) 1905-1908]. A fin de elucidar esta cuestión, se estudió la reacción de reducción de oxígeno en estos cátodos mediante espectroscopia de impedancia electroquímica en aire y en oxígeno puro en el rango 400-700°C. La nanoestructura fue caracterizada incluso a nivel atómico por microscopía electrónica de transmisión, revelando que el cátodo está compuesto de nanocristales rodeados de zonas con cierto grado de desorden cristalino. Estos resultados sugieren que este tipo de nanoestructura facilita la reacción de reducción de oxígeno en este compuesto.