DESARROLLO DE NANOMATERIALES DE Ce-Zr-Sm PARA APLICACIONES ELECTROCAT ALITICAS.

ROSARIO SUAREZ ANZORENA; L. M. TOSCANI; S.A. LARRONDO.

Villa Martelli

Jornada; 2das. Jornadas de la UNIDEF; 2021

UNIDEF

El cermet 60%NiO/Ce0,9Zr0,1O2 ha demostrado ser un excelente material de anodo para celdas de combustible de oxido solido de temperatura intermedia (IT-SOFCs). Sin embargo, los resultados obtenidos indicaron que es importante aumentar su conductividad mixta (ionica y electronica) para mejorar aun mas la densidad de potencia que es posible extraer de la celda [1]. En tal sentido, este trabajo propone la sustitucion parcial del Zr4+ por el Sm3+ para asi favorecer la formacion de vacancias extrinsecas de oxigeno en la estructura. Se sintetizaron oxidos mixtos de composicion nominal Ce0,9Zr0,1_ xSmxO2-o ( con O :s; x :s; 0, 1) a traves del metodo de gelificacion combustion con acido citrico y se calcinaron a 500 °C. Los ensayos de Difraccion de Rayos-X confirman que todos los solidos son monofasicos con estructura de tipo fluorita, caracteristica del CeO2 (JCPDS 34-0394). Asimismo, se observa que todos poseen un tamafio de cristalita nanometrico ( < 11 nm). El aumento del parametro de red posee una relacion lineal con la inclusion del Sm debido al mayor radio ionico respecto de los cationes host (Ce y Zr) [2]. La estabilidad estructural fue demostrada con Difraccion de Rayos-X in-situ con luz sincrotron, en atmosfera reductora de H2 y C􀀽 (5 %vol.) desde temperatura ambiente hasta 800 °C. Mas importante aun es que no se observo la presencia de depositos carbonosos sobre ninguno de los solidos ensayados en CH4. Estas observaciones son tambien validas para muestras con un tratamiento termico de 1100 °c.Los materiales fueron ensayados como material de anodo a traves de Espectroscopia de Impedancia Electroquimica. Los resultados indican que en una atmosfera de H2 (7 %vol., 70 mL.min-1 ), la inclusion de hasta un 6 %at. Sm produce una disminucion de la resistencia de polarizacion en el rango de 500 a 750 °C. Mayores composiciones producen una mayor resistencia respecto al solido base. Las celdas de composicion O %at., 4%at. y 6%at. Sm fueron analizadas con distintas composiciones y distintos combustibles (H2, CH4). Los resultados muestran que la composicion que posee el mejor desempefio electroquimico es el Ceo,9Zro,04Sfilo,06O1,97 tanto en atmosferas diluidas como concentradas de H2 y CH4. Asimismo, se observa que todos los solidos muestran ser mas activos en la primera atmosfera y a mayor composicion del combustible. Asi, el solido Ce0,9Zr0,04Smo,06O1,97 presenta una resistencia de polarizacion (a 750 °C) igual a: 0,011 Q.cm2, 0,14 n.cm2 en 7 %vol. H2 y CH4, respectivamente, y 0,004 Q.cm2 en 40 %vol. H2. Estos valores resultan ser muy prometedores mejorando resistencias de polarizacion obtenidas previamente [1, 3], resultando una excelente alternativa que evita el uso de metales como Ni y/o Cu. La reproducibilidad en la respuesta fue demostrada para dos celdas de medicion distinta. Asimismo, los ensayos muestran que las celdas obtenidas poseen una respuesta electroquimica estable durante tres ciclos consecutivos de medicion.