Preparación y evaluación de celdas de combustible de óxido sólido de una cámara

M.D. CABEZAS; D.G. LAMAS; M. G. BELLINO; I.O. FÁBREGAS; R.O. FUENTES; N.E. WALSÖE DE RECA

Buenos Aires, Argentina

Congreso; II Jornadas Iberoamericanas Pilas de Combustible e Hidrógeno; 2006

CNEA

En una celda de combustible convencional, el combustible y el oxígeno (aire) se encuentran en dos cámaras separadas. Sin embargo, Hibino y colaboradores han propuesto celdas de combustible de óxido sólido (SOFCs) “de una cámara”, que operan en mezclas de hidrocarburos y aire (T. Hibino, S. Wang, S. Kakimoto y M. Sano, Solid State Ionics 127 (2000) 89-98; Hibino, A. Hashimoto, T. Inoue, J. Tokuno, S. Yoshida y M. Sano, Science 288 (2000) 231-233). Estas celdas se basan en el uso de catalizadores selectivos a las reacciones en cada electrodo: reducción del oxígeno a O2- en el cátodo y oxidación del combustible en el ánodo. En el caso de esta última reacción, en las SOFCs de una cámara se aprovecha el oxígeno presente para producir la oxidación parcial del hidrocarburo. Por ejemplo, si se utiliza metano como combustible, esta reacción es:             CH4 + ½O2 ® 2H2 + CO                                                                                     (1) Posteriormente, los gases producidos, H2 y CO, reaccionan con los iones O2- provenientes del electrolito. A diferencia de las SOFCs convencionales (de dos cámaras) que, en el caso de operación con metano, se basan en el reformado interno en presencia de H2O o CO2 a alta temperatura, las SOFCs de una cámara pueden operar en forma eficiente a temperaturas intermedias. Si bien las celdas de una cámara tienen gran interés porque permiten simplificar el diseño de las celdas, con la consecuente reducción en el volumen, el peso y el costo de los dispositivos, se han publicado pocos trabajos analizado la factibilidad de este concepto. En este trabajo, se estudiaron SOFCs de una cámara de alta temperatura y de temperatura intermedia, en ambos casos operadas en mezclas de metano y aire. Para alta temperatura, se emplearon electrolitos de ZrO2-Y2O3, cátodos de (La;Sr)MnO3 y ánodos de NiO o NiO/ZrO2-CeO2, mientras que para temperatura intermedia se utilizaron electrolitos de CeO2-Sm2O3, cátodos de (Sm;Sr)CoO3 y ánodos de NiO/PdO/CeO2-Sm2O3. Se evaluaron tanto materiales desarrollados en el CINSO como comerciales. Se obtuvo una densidad de potencia máxima de 55 mW/cm2 con las celdas de alta temperatura (a 950°C), y de 100 mW/cm2 con las de temperatura intermedia (a 600°C). Estos resultados son muy importantes porque confirman la factibilidad de este novedoso diseño.