Effect of Pr and Y doping on the crystallographic, thermodynamic, microstructural and electrochemical properties of Ba(Ce,Zr)O3. and Ba(Ce,Zr,Y perovskites

J. BASBUS; M. ARCE; F. PRADO; A. CANEIRO; L. MOGNI

Rio de Janeiro

Congreso; Simposio Materia 2016; 2016

Los óxidos conductores protónicos (H+) se presentan como una alternativa a los conductores por ión oxígeno (O2-) ya que exhiben mayores valores de conductividad iónica a menores temperaturas que estos últimos. Esta característica permitiría operar celdas de combustible de óxido sólido con electrolitos conductores protónicos (PC-SOFC) en un rango de temperaturas intermedias cubriendo el segmento vacante de celdas de combustibles entre 400 °- 600°C. Dos compuestos que presentan conductividad protónica son las perovskitas BaZrO3- y BaCeO3-. Mientras que las perovskitas basadas en BaCeO3 presentan muy buena conductividad inter-granular (GB, grain boundary) pero pobre estabilidad en presencia de CO2, las basadas en BaZrO3 son más estables y con mejores valores de conductividad intra-granular (B, bulk) pero muy alta resistencia de GB. La sustitución parcial de Ce por iones trivalentes en estas perovskitas permitiría mejorar la conductividad iónica ya que aumenta la concentración de vacancias, las cuales en presencia de vapor de agua se hidratan dando lugar a la conductividad por H+. Sin embargo, el mismo carácter básico del Ba que promueve la incorporación de H2O y la conductividad protónica induce la formación de hidróxidos y carbonatos en superficie, lo cual compromete sus propiedades. Con la finalidad de mejorar las propiedades fisicoquímicas de la perovskita BaCeO3-x se estudió el dopaje con Pr en los compuestos BaCe1-xPrxO3- (0 ≤ Pr ≤ 0.8) y la sustitución parcial de Ce por Zr e Y en el compuesto BaCe0.4Zr0.4Y0.2O3-. En esta presentación se muestran resultados sobre la caracterización de un conjunto de propiedades relevantes para ambos compuestos sustituidos. Las propiedades estructurales fueron evaluadas mediante XRD y AXRD (Difracción anómala de rayos-X), la expansión térmica mediante dilatometria y XRD en alta temperatura, la conductividad total y sus contribuciones de B y GB mediante EIS (Espectroscopia de Impedancia Electroquímica) y la estabilidad termodinámica y tolerancia al CO2 mediante termogravimetría. Parte de esta caracterización se realizó en función de temperatura, bajo atmósferas oxidantes y distinto tipo de atmósferas reductoras. La conductividad protónica fue evaluada en base al efecto isotópico observado al medir EIS en atmosfera de vapor de H2O/D2O. La presencia de este tipo de transporte así como la posibilidad de conductividad mixta H-iónica y electrónica, el efecto de incorporar H2O en la estructura y como ésta afecta la conductividad serán algunos de los resultados puntuales que serán discutidos.Los mismos representan el trabajo realizado en el Departamento de Caracterizaciön de Materiales del Centro Atómico Briloche, el cual ha permitido varias colaboraciones y ha dado lugar a una tesis doctoral.