Incremento de la conductividad mixta de cerámicos de óxido de cerio mediante el dopado con hierro

MARIANO MAZAN; JAASIEL MARRERO-JEREZ; P. NÚÑEZ; S.A. LARRONDO.

Jornada; Jornada Nacional de Investigación en Cerámicos, JONICER 2015; 2015

En el ámbito de desarrollo de nuevas tecnologías para la producción de energía con menor impacto ambiental y alta eficiencia, las pilas de combustible ocupan una posición importante. En particular, las de óxido sólido (SOFC) constituidas por un electrolito cerámico con conductividad iónica por difusión de iones O2-, son candidatas prometedoras para la gran generación de energía distribuida para aplicaciones estacionarias (> 100 kW) y también para las muy pequeñas unidades de generación de energía portátil (de 1 a 10 kW). Una de las principales ventajas de las SOFCs sobre los otros tipos de pilas de combustible es su capacidad para procesar una variedad de combustibles como el gas natural, hidrocarburos ligeros, bioalcoholes y corrientes ricas en H2 obtenidas a partir de recursos renovables como el biogás. Este tipo de pilas de combustible tiene un conjunto de materiales cerámicos y metal-cerámicos bien establecidos con un buen rendimiento a altas temperaturas (~ 1000 °C). Esta alta temperatura de operación conduce a altos costos y problemas de degradación de los materiales. Actualmente, las investigaciones se centran en la reducción de la temperatura de funcionamiento de estos dispositivos a la región de temperatura intermedia (500-700 °C) con el fin de hacer que esta tecnología sea económicamente viable. Sin embargo, la reducción de la temperatura de funcionamiento reduce la cinética de los procesos que tienen lugar en las superficies de los electrodos. Una forma de evitar parcialmente este efecto negativo es el desarrollo de materiales de electrodos con estructura porosa y conductividad mixta iónica y electrónica, que permita compensar la disminución de la cinética con un aumento de la superficie en la que tienen lugar las reacciones de electrodo.En este trabajo presentamos la síntesis de óxido de cerio nano-cristalino dopado con diferentes contenidos de hierro. Se observó que la incorporación de hierro en la estructura del óxido de cerio produjo los siguientes cambios: i) reducción del tamaño de cristalita; ii) aumento del área superficial específica; iii) mejora de la reducibilidad; iv) aumento de la cantidad y la fuerza de sitios básicos; v) mejora de la conductividad total (mixta iónica-electrónica). En particular en la Figura 1 se puede observar la gran mejora de la conductividad, especialmente en la región de bajas temperaturas, lograda con el dopado con hierro.Las características de estos materiales los posicionan como nuevos materiales para ánodos de SOFCs de temperatura intermedia.