Síntesis y estudio de la fase Pr4Ni3O10 como material de cátodo para celdas de combustible de óxido sólido

ALEJANDRA MONTENEGRO HERNÁNDEZ; ERNESTO TAGARELLI; JESUS VEGA CASTILLO

Buenos aires

Workshop; Nanomateriales para la energía y el medio ambiente; 2019

El objetivo de este estudio es el desarrollo de materiales para cátodos tipo óxidos con propiedades de conductividad iónica y electrónica (MIEC), utilizables en celdas de combustible de óxido sólido (SOFCs). En este sentido, los pertenecientes a las fases de Ruddlesden-Popper (RP), Lnn+1NinO3n+1 (Ln=La, Pr, Nd), presentan buenas propiedades electroquímicas. Su estructura cristalina consiste en n capas de perovskitas (LnNiO3) alternadas con capas LnO a lo largo del eje c. Estudios previos indican que la fase Pr2NiO4 (n=1) no es estable bajo condiciones de operación, es por ello que orientamos el estudio a la fase RP con n=3 (Pr4Ni3O10-δ), dado que se ha reportado que es estable a 700°C[1].La fase Pr4Ni3O10-δ (3PNO) fue obtenida mediante el método de síntesis HMTA[2], con tratamiento térmico a 1000°C bajo flujo de O2. Las muestras obtenidas fueron caracterizadas mediante difracción de rayos X (XRD) y microscopia electrónica de barrido (SEM).El refinamiento de Rietveld del difractograma de rayos X, reveló que la fase presenta simetría ortorrómbica con grupo espacial fmmm, y tamaño de cristalita de aproximadamente 200 nm.Los ensayos de reactividad química y de estabilidad termodinámica fueron realizados a 700 °C (temperatura de operación) y 1000 °C (temperatura de pegado electrodo/electrolito). Los resultados de las pruebas fueron analizados mediante XRD y SEM con espectroscopia dispersiva de energía (EDS). La compatibilidad química fue estudiada con los materiales de electrolito Y0.8Zr0.2O1.96 (YSZ), Ce0.9Gd0.1O1.95 (GDC) y La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O2.85 (LSGM), con el material de cátodo Nd2NiO4 (NNO) y los colectores de corriente: Pt y Au. Lo cual permitió seleccionar cómo electrolito a utilizar el LSGM interponiendo una capa intermedia de NNO.Para medir la resistencia de área específica y obtener los diagramas de Bode y Nysquist, necesarios para modelar el proceso, se realizaron ensayos de espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) a temperaturas entre 500°C y 700°C.