CALCULO DE LA RESISTENCIA DE POLARIZACTON PARA ELECTRODOS INFILTRADOS DE SOFCs

C. SETEVICH; S.A. LARRONDO.

Villa Martelli

Jornada; 2das. Jornadas de la UNIDEF; 2020

UNIDEF

El rendimiento de una celda de combustible de 6xido solido (SOFC) esta determinado por la suma de las resistencias asociadas a cada uno de los componentes que la constituyen. En los electrodos, la reacci6n electroquímica ocurre en los llamados puntos de triple frontera (TPB) en donde convergen tres fases, la fase conductora i6nica, la fase conductora electr6nica y la fase gaseosa. Para que esta reacci6n ocurra se necesita que los TPBs sean activos, es decir que las distintas especies intervinientes en la reacci6n puedan acceder a ese punto, o dicho de otro modo, que las fases tengan percolaci6n [1]. Es así que la tasa de reacci6n electroquímica neta en los electrodos depende de la microestructura, la conectividad de las distintas fases y la abundancia de los sitios de reacci6n.Con el objetivo de mejorar el rendimiento de los electrodos de SOFCs, en los últimos tiempos se han enfocado muchos estudios en el desarrollo de electrodos compuestos del tipo infiltrados. Un electrodo infiltrado consta de un esqueleto poroso, generalmente del material del electrolito, en el que se infiltra una soluci6n con los precursores que conforman el material electro-catalítico. Este proceso permite obtener partículas del material electro-catalítico de menor tamaño y aumentar el numero de puntos de triple frontera respecto del observado en un electrodo compuesto[2].Para predecir la influencia de los diferentes parámetros del electrodo infiltrado sobre su rendimiento es necesario desarrollar modelos precisos que describan los fen6menos que ocurren en el electrodo durante el funcionamiento de la celda. Es importante destacar que existen simulaciones en donde los electrodos infiltrados fueron representados utilizando el método de elementos finitos [3,4], la técnica estocástica de Monte-Carlo [1, 5] o el empaquetamiento de esferas aleatorias [6-9].Dentro de los métodos de simulaci6n tridimensionales podemos mencionar los basados en redes de resistencias donde cada nodo de la red representa en forma aleatoria un conductor i6nico, uno electr6nico o la fase gaseosa. Este tipo de modelos fueron propuestos primeramente por Sunde et. al. y Abel et. al. para el calculo de conductividades y resistencia de polarizaci6n [1,5].Sin embargo, no existen en la actualidad trabajos de simulaci6n para electrodos infiltrados en 3D que utilicen una red de resistencias para el c6mputo de la conductividad efectiva o la Rp, en donde el limitante sea la transferencia de carga. Es por eso que en este trabajo presentamos un estudio sobre la simulaci6n de este tipo de electrodos, centrando el análisis en el c6mputo de la Rp en funci6n de los parámetros que caracterizan al electrodo infiltrado. Los resultados muestran la similitud de las curvas de admitancia y longitud de TPB en funci6n de la cantidad de material infiltrado, cuando la difusi6n del gas en los poros del electrodo no es el proceso limitante y en el calculo de TPBL se considera solamente la percolaci6n de la fase conductora i6nica y electr6nica. Por su parte, la cantidad de material infiltrado y su tamaño de partícula pueden optimizarse logrando aumentos de la admitancia en un factor comprendido entre 10-100.