Caracterización electrónica del electrodo simétrico La0.4Sr0.6TixCo1-xO3-d (0<=x<=1) en condiciones de operación

SOLDATI, ANALIA L.; NAPOLITANO, FEDERICO; LAMAS, DIEGO; GECK, JOCHEN; SERQUIS, ADRIANA C.

La Paz

Congreso; NanoAndes BOLIVIA 2013: Nanomateriales para Energía y Minería; 2013

Red Nacional de Energías Renovables

Mucho se ha investigado sobre las propiedades de las perovskitas de tierras raras para su uso como electrodos en celdas de combustible de óxido sólido (SOFC). En particular, los titanatos del tipo LaySr1-yTiO3 han demostrado excelentes propiedades como ánodos, mientras que las cobaltitas del tipo LaySr1-yCoO3 han sido ampliamente estudiadas como cátodos. En el afán de lograr un material que pueda ser usado como ánodo y cátodo a la vez, surgió recientemente  la idea de combinar ambos cerámicos, dopando el sitio B del titanato con algún porcentaje de cobalto [1], dando origen a estudios como los de la familia LSTC (La0.4Sr0.6TixCo1-xO3-d  con 0<x<1). Sin embargo, al sustituir el Ti (que se encuentra en el estado de oxidación 4+) por el Co (que puede tomar fácilmente valencias entre 2+ y 4+) es posible generar distintos mecanismos de compensación de carga, que modifiquen las propiedades estructurales y electroquímicas del material. De hecho, ya hemos comprobado experimentalmente que existen cambios en la estructura electrónica y cristalina a temperatura ambiente, por el sólo hecho de sustituir una parte Ti por Co [2, 3].  Por esta razón, y teniendo en cuenta la aplicación tecnológica propuesta para este material, se vuelve necesario estudiar en detalle el comportamiento estructural y electrónico del LSTC en condiciones de funcionamiento lo más parecida a las reales, es decir  a temperaturas que rondan los 700ºC y en ambientes tanto reductores como oxidantes. En este trabajo, mediante técnicas de absorción de rayos X con fuente de luz sincrotrón (XANES y EXAFS), presentamos un estudio sistemático de los cambios observados en la estructura electrónica de los metales de transición en función del contenido de Co, simulando condiciones de operación como ánodo y cátodo. Los resultados obtenidos muestran que el Co se encuentra ubicado en el sitio B de la perovskita, compartiendo el lugar del Ti. Sin embargo, para una una concentración de Co dada, el dopante tiende a variar su valencia hacia valores más reducidos a medida que aumenta la temperatura, ya sea en condiciones oxidantes o reductoras, mientras que el Ti se mantiene en valores cercanos a 4+, sin variación aparente. Las implicancias de estos resultados se discutirán respecto de la utilización de este material como electrodo simétrico.  [1] Ruiz-Morales, J.C. et al., Nature, 439, 568-571 (2006).[2] Napolitano, F.R. et al., International Journal of Hydrogen Energy, 37 (23), 18302-18309 (2012).[3] Napolitano, F.R. et al., International Journal of Hydrogen Energy, 38 (21), 8965-8973 (2013)