Síntesis y Caracterización Avanzada de Óxidos para Celdas de Combustible

A SERQUIS; F. NAPOLITANO; A. SOLDATI; L. BAQUÉ; M. ARCE; L. MOGNI; M. SALETA; S. LARRONDO; D. G. LAMAS

San Luis

Conferencia; XII Reunión Anual de la AACr; 2016

AACr

Para el desarrollo de materiales óptimos para las tecnologías relacionadas con los sistemas de transporte, almacenamiento y generación de energía eléctrica es indispensable la implementación de técnicas de caracterización combinadas avanzadas. Este desarrollo está ineludiblemente unido a los avances en la comprensión de los fenómenos físicos y químicos fundamentales de los mismos. Habitualmente, en dichos fenómenos entran en juego varias escalas de longitud y rangos energéticos. Por ello, es fundamental contar con múltiples técnicas de caracterización complementarias, mejor cuanto más versátiles. En este sentido, tanto la microscopía electrónica como la radiación sincrotrón son herramientas insustituibles en ciencia de materiales porque ofrecen un conjunto de técnicas muy amplio, que resulta idóneo en varios momentos del proceso de desarrollo de un material susceptible de tener aplicaciones tecnológicas.En el caso del estudio de los materiales para celdas de combustible de óxido sólido (SOFC) se espera que la caracterización de la respuesta eléctrica y electroquímica en función del tiempo, junto con el estudio estructural, microestructural y elemental a niveles microscópicos en la interfase, el interior y la superficie de los materiales ayuden a avanzar en la comprensión de los mecanismos de degradación que limitan la aplicación tecnológica de las mismas. Concretamente, se busca encontrar las correlaciones entre la estabilidad a largo plazo de los materiales y parámetros relativos como composición química, estructura cristalina, morfología, área de contacto sólido/sólido, área superficial, tamaño de grano, porosidad, etc. Esta caracteriación puede hacerse en condiciones in-situ (en las atmósferas y temperaturas de operación) e incluso in-operando simulando no sólo el entorno de trabajo, sino también las condiciones de trabajo reales en el dispositivo (por ejemplo, las corrientes eléctricas, campos eléctricos o magnéticos, entornos no ideales, interfases, etc.)En esta charla se hará una revisión de diversos sistemas de óxidos (perovskitas y fluoritas) utilizados en las SOFC inlcuyendo las características y requerimientos de los materiales estudiados en nuestro grupo. Se presentan además como ejemplos los resultados encontrados en algunos sistemas: la estabilidad estructural y envejecimiento de polvos nano y microestructurados de (La,Sr)(Co,Fe)O3-d, la resolución de la estructura cristalina y electrónica de los óxidos de composición (La,Sr)(Ti,Co)O3+/-d y los procesos de reducción en H2 y re-oxidación en O2 en cermets de Ce0.9Gd0.1O1.95 y NiO. Se realizaron diferentes tratamientos térmicos in-situ y ex-situ bajo atmósferas reductoras y oxidantes y se estudió la evolución estructural ocurrida durante estos experimentos, correlacionando los resultados con otras técnicas como difracción de neutrones, microscopía electrónica de transmisión (TEM) y espectroscopia de absorción de Rayos X (DXAS y EXAFS). También se presentarán algunos resultados in-operando obtenidos con una celda de medición desarrollada en nuestro grupo.Se destaca que lo más importante es determinar cuál es la correlación entre los aspectos microestructurales (determinados por los parámetros de síntesis) estudiadas por una gran diversidad de técnicas y las propiedades físicas de los materiales obtenidos que son determinantes en la eficiencia de las celdas.Palabras clave: Celdas de combustible de Óxido Sólido (SOFC); Sincrotrón, mediciones in-situ e in-operando