Utilización de Tomografía 3D FIB-SEM para el estudio de procesos en electrodos porosos: Determinación de parámetros cinéticos a partir del modelado de la respuesta electroquímica.

L. MOGNI.; A. MONTENEGRO-HERNANDEZ; K.YAKAL-KREMSKY; A. CANEIRO; S. BARNETT

Workshop; III Workshop Nacional de Celdas de Combustible; 2014

La tomografía 3D FIB-SEM es una técnica novedosa que permite obtener información microestructural detallada de electrodos porosos analizando un volumen de unos pocos μm3. Con esta técnica un haz de iones Ga focalizados (FIB) secciona capa por capa el electrodo poroso mientras que se adquieren imágenes con un microscopio electrónico de barrido (SEM). Estas imágenes son procesadas para obtener información sobre porosidad, área superficial específica y tortuosidad. La información así adquirida puede ser correlacionada con la respuesta electroquímica a través de modelos de la cinética de electrodo.En este trabajo se presenta el estudio realizado sobre muestras de composición Nd2NiO4+δ con diferente microestructuras. Este material ha sido propuesto como material de electrodo de O2 para ser utilizado tanto en celdas de combustible como electrolíticas de óxido solido (SOC?s). Electrodos porosos de este material sintetizados con diferentes técnicas fueron depositados sobre electrolito LSGM y la respuesta electroquímica fue estudiada por Espectroscopia de Impedancia Electroquímica en función de la temperatura entre 500 y 700 °C y la presión parcial de oxigeno pO2 entre 5 10-4 y 1 atm. Los espectros de impedancia fueron ajustados con circuitos eléctricos equivalentes donde la respuesta de alta frecuencia corresponde a un elemento tipo Gerischer. Este tipo de respuesta de impedancia puede ser modelada asumiendo un medio poroso macrohomogéneo donde la reacción de electrodo esta co-limitada por procesos superficiales y la difusión de iones a través del electrodo. Combinando estos resultados con la información obtenida de la reconstrucción microestructural por FIB-SEM es posible obtener parámetros cinéticos tales como coeficiente de difusión de oxigeno (D) y coeficiente de intercambio superficial (k). Las diferentes microestructuras asi como la respuesta en función de la T y la pO2 permiten validar tanto los coeficientes obtenidos como las condiciones para las cuales el modelo es aplicable.