BORDES DE GRANO DE NANOPELICULAS DE CERIA DOPADA USADAS PARA ELECTROLITOS DE CELDAS DE COMBUSTIBLE IT-SOFC

MARIO BIANCHETTI; NOEMÍ E. WALSÖE DE RECA

Ciudad de Buenos Aires

Congreso; XXXI Congreso Argentino de Química; 2016

Asociación Química Argentina

Las celdas o pilas de combustible son consideradas dispositivos prometedores para generarenergía limpia convirtiendo la energía química en eléctrica. Entre ellas, las celdas de combustiblede óxido sólido (SOFCs: Solid OxideFuel Cells) que, si bien operan con H 2 puro poseen la ventajade poder ser operadas con hidrocarburos ya que exhiben reformado interno. Las pilas decombustible comerciales, actualmente empleadas son las HT-SOFCs, de alta temperatura conHT= (800-1200)oC, usadas en grandes equipos generadores de electricidad para zonas rurales oáreas alejadas de centros urbanos. La desventaja que presentan proviene de la alta temperaturade operación (T op ) lo que produce un importante desgaste en los materiales usados para suconstrucción y por requerir el uso de materiales nobles para sus conexiones. En consecuencia, serealizan importantes esfuerzos con el fin de encontrar nuevos materiales para electrodos yelectrolitos que permitan disminuir la T op . Es así que surgen las IT-SOFCs que funcionan atemperatura intermedia con IT = (550-700)oC, evitando problemas de degradación de losmateriales debidos al ciclado térmico, a la rápida difusión en las interfaces (o intercaras) ypermitiendo reducir el costo de los materiales de interconexión.Las cerámicas de ceria (óxido de cerio) dopadas con óxido de itrio -Y 2 O 3 (CYO) u óxido desamario -Sm 2 O 3 (CSO) son consideradas materiales promisorios para los electrolitos de pilas decombustible del tipo SOFC debido a su alta conductividad por oxígeno. Por otra parte, alemplearse en pilas que trabajan a una T op menor se pueden usar CYO y CSO nanocristalinos conlas consabidas ventajas que esto implica. En trabajos previos, los autores estudiaron laspropiedades eléctricas de CYO y CSO en función del tamaño de grano empleando EIS(Espectroscopía de Impedancia Electroquímica) [1, 2]. Se encontró un aumento remarcable en laconductividad iónica total de un orden de magnitud en comparación con la conductividadintrínseca en volumen de las cerámicas microcristalinas convencionales atribuido al predominio dela conducción por borde de grano [3]. Estos materiales se han caracterizado con DRX, FESEM yTEM (HRTEM) y se han estudiado los factores microestructurales de las nanopelículas quepueden afectar la conductividad.Los requerimientos necesarios para los electrolitos de pilas de combustible son: estabilidadquímica, alta conductividad, condiciones convenientes de sinterizado, alta densidad y ningunaporosidad abierta. Estas propiedades han sido encontradas en la cerámica ceria (CeO 2 ) dopada(en proporción de 10% molar) con itria-Y 2 O 3 (CYO) o con samaria-Sm 2 O 3 (CSO). Cuando la ceriase dopa con cationes trivalentes, se crean vacancias de oxígeno necesarias para el proceso deconducción por iones oxígeno. Se encontró que la conductividad iónica total aumentaba (como seha dicho [1, 2] en un orden de magnitud en comparación con la de los materiales microcristalinos,hecho atribuido a la migración rápida de vacancias de oxígeno con un movimiento translacionaldeslocalizado por saltos grandes (big hops) a través de los bordes de grano [3].A las películas de ceria dopada (CSO) se las sometió a un tratamiento de FF-?fast firing? previode 3min a 850oC o a 1450oC) para proceder a su sinterizado. Se estudiaron los efectos del FF:crecimiento de grano, velocidad de sinterizado, modificación de las características de los BG-bordes de grano, diámetro de grano y de cristalitas, densidad de poros, densificación de films einteracción de defectos y aplicación de modelos difusionales. El objetivo final es lograr prepararelectrolitos sólidos con mayor estabilidad y mejor calidad.