Nano-catalizadores de NiO-CuO/Ce0.9Zr0.1O2 para ánodos de SOFCs

L.M. TOSCANI; M. G. ZIMICZ ; J. R. CASANOVA; S. LARRONDO

Rosario

Congreso; XVIII Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2013

El desarrollo de materiales para ánodos de celdas de combustible de óxido sólido (SOFCs) que puedan operar a temperaturas intermedias con hidrocarburos, exige el uso de materiales de ánodos altamente activos y selectivos para la oxidación del combustible y con elevada conductividad electrónica para garantizar el buen funcionamiento de la celda. Los ánodos tradicionales, con altos contenidos de Ni, presentan la desventaja de promover la formación de depósitos carbonosos cuando el combustible es un hidrocarburo. Objetivos: El objetivo del presente estudio es analizar el efecto del reemplazo parcial y total del Ni como fase metálica conductora en los materiales de ánodos de SOFCs operadas con metano. Resultados: Se prepararon catalizadores de NiO-CuO/Ce0.9Zr0.1O2, con tres contenidos diferentes de los óxidos metálicos, y se efectuaron ensayos de reducción a temperatura programada (RTP), difracción de rayos-X (DRX), microscopía electronica de barrido (SEM), catálisis y electrocatálisis (Espectroscopía de Impedancia Electroquímica: EIS). Las muestras se denominaron: C1: CuO(60%wt.)/ZDC; C2: NiO(60%wt.)/ZDC; C3: CuO(30%wt.)-NiO(30%wt.)/ZDC donde ZDC: Ce0.9Zr0.1O2 Muestra Consumo H2 (mL/g) Red. Metal (%) Red. Ce (%) Red. Total (%) C1 192,5 100 22,9 90,4 C2 199,5 100 19,1 90,3 C3 196 100 21,7 90,5 Los perfiles de difracción de las muestras frescas calcinadas a 1000°C y luego de ser sometidas a un ensayo de estabilidad por 8hs en atmósfera de aire y exceso de metano, muestran la presencia tanto de Ni como de Cu metálico y la formación de una aleación Cu-Ni para la muestras C3 (ver figura). En las micrografías SEM de la muestra C3 luego de los ensayos catalíticos no se observan evidencias de formación de compuestos carbonosos. El reemplazo total o parcial del óxido de cobre por óxido de níquel no modifica en forma importante el porcentaje de reducción total ni el consumo de hidrógeno (ver Tabla). Conclusiones: El reemplazo parcial del Ni por Cu (muestra C3) permite obtener un sólido catalíticamente activo, de comportamiento estable, sin evidencias de formación de compuestos carbonosos. Además, los ensayos electrocatalíticos (EIS) mostraron que esta muestra presenta una menor resistencia de polarización, en iguales condiciones de evaluación. Estas características posicionan al sólido C3 como un material de interés para aplicaciones en ánodos de SOFCs de temperatura intermedia.