Caracterización estructural de perovskitas de titanio-cobalto bajo condiciones de operación de celdas de combustible de óxido sólido

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

La Paz

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

Red Nacional de Energías Renovables

En este trabajo se presenta la síntesis (utilizando una ruta química de baja temperatura) y la caracterización estructural y electrónica de titanatos de lantano-estroncio dopados con cobalto. Estos materiales con una estructura cristalina tipo perovskita (ABO3)  son buenos candidatos para funcionar como electrodos de celdas de combustible simétricas. La estructura cristalina de los óxidos de composición La0.4Sr0.6Ti1-yCoyO3+/-d con 0 ≤ y ≤ 1 se estudió con el método de difracción de rayos X de polvos  con radiación sincrotrón (XPD). Todas las muestras con  y > 0 presentan a temperatura ambiente una estructura  romboédrica (R-3c) que no había sido reportada previamente en la literatura y una transición a una fase cúbica (Pm-3m) a alta temperatura. Se encontró que la temperatura de transición depende del grado de distorsión inicial de las muestras. Los parámetros estructurales obtenidos por refinamiento Rietveld de datos de difracción de rayos X permitieron identificar que la creación de sitios de vacancias en el sitio A es el mecanismo de compensación de carga dominante para bajos contenidos de Co. Para y ≥0.3 el contenido de  Sr (y consecuentemente  las vacancias del sitio A) se estabiliza, y se encontró una correlación entre la concentración de vacancias del sitio A y la evolución del parámetro de red como función del contenido de Co. Se discuten además la estabilidad de las fases encontradas en condiciones de operación de la celda con temperaturas hasta 750 °C en atmósferas de aire sintético y 5%H2/95%He simulando las condiciones de operación de cátodo y ánodo, respectivamente. Estos datos se correlacionan con los reaultados de la caracterización electrónica en la serie LSTC caracterizado por medio de la espectroscopía de absorción de rayos X cerca del borde de absorción (XANES), complementado con cálculos teóricos de densidad electrónica obtenidos por teoría de funcional densidad (DFT) y el entorno cristalográfico local de los TM obtenido por espectroscopia de absorción de rayos X de estructura fina extendida (EXAFS). En este sentido, un enfoque más cualitativo nos permite identificar el estado de valencia del Co como +3 en todo el rango composicional. Estos resultados permiten explicar la disminución de las vacancias catiónicas con el aumento del contenido de Co en la estructura.