Ánodos basados en ceria para celdas de combustible de óxido sólido de temperatura intermedia

P.M. ABDALA; M.G. ZIMICZ; S. LARRONDO; P. NUÑEZ; D. LAMAS

Salta

Congreso; XVI Congreso de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2009

Uno de los temas de investigación más importantes a nivel mundial en el campo de las celdas de combustible de óxido sólido (Solid-Oxide Fuel Cells, SOFCs) es la búsqueda de nuevos materiales que permitan reducir la temperatura de operación (por debajo de 700ºC). Así se reduciría en forma drástica los costos de materiales de interconexión y supondría menores problemas de degradación por altas temperaturas. Los materiales comúnmente utilizados como ánodo en celdas de alta temperatura son materiales compuestos de Ni/YSZ, mientras que han sido propuestos materiales de ceria dopada para dispositivos de temperatura intermedia. Los materiales en base ceria presentan conducción mixta en atmósfera reductora lo cual permite extender la zona activa de reacción electroquímica y exhiben mejor actividad catalítica. En este trabajo, se evaluaron las propiedades electrocatalíticas de ánodos de ceria dopada con diferentes óxidos, CeO2-Gd2O3 (GDC), CeO2-Sm2O3 (SDC) y CeO2-ZrO2 (ZDC), con diferentes contenidos de Ni (40, 50 y 60 %peso NiO). Los mismos fueron preparados por impregnación con nitrato de níquel de polvos nanoestructurados. Los materiales obtenidos fueron posteriormente mezclados con un vehículo apropiado, pintados sobre la superficie de electrolitos de GDC o SDC y fijados a diferentes temperaturas. Los estudios se realizaron por espectroscopia de impedancia utilizando la configuración de celdas simétricas (ánodo/electrolito/ánodo) en atmósfera de H2 diluido (5%H2/Ar) y puro, ambos humidificados (3%H2O), en el rango de 500 a800ºC. La microestructura de los ánodos fue observada por microscopía electrónica de barrido para correlacionarla con las propiedades electrocatalíticas. Los estudios en H2 diluido permitieron optimizar la temperatura de fijado y el contenido de Ni de los diferentes ánodos. Posteriormente, los ánodos óptimos se midieron en H2 puro, obteniéndose valores de resistencia de polarización específica (ASR) de excelente performance, en el rango de 0,03 y 0,08 Ohm.cm2 a 600ºC. Estos valores son mejores que los que se encuentran en la literatura, cuyos valores óptimos son del orden de 0,20 Ohm.cm2 en SDC o GDC a la misma temperatura. Además, nuestros resultados muestran que los ánodos con ceria de menor tamaño de grano tienen mejor performance. Los resultados anteriores muestran que los materiales estudiados son promisorios candidatos para ánodos de IT-SOFCs, ya que se obtuvieron excelentes valores de ASR.