Síntesis y caracterización de materiales con estructura tipo perovskita para pilas de combustible de óxido sólido de temperatura intermedia= Synthesis and characterisation of perovskite-type structure materials for intermidiate temperature solid oxide fuel cells

Abstract

El objetivo del presente trabajo ha sido el desarrollo de una pila de combustible de óxidos sólidos (SOFC) para aplicaciones de temperatura intermedia (873-1073 K) basada en materiales con estructura tipo de perovskita. Como materiales cerámicos de electrolito, se han estudiado materiales basados en el galato de lantano, LaGaO3, concretamente La0,9Sr0,1Ga0,8Mg0,2O2.85 (LSGM) y La0,9Sr0,1Ga0,8Mg0,115Co0,085O3-delta (LSGMC), debido a su alta conductividad iónica y estabilidad frente a un rango elevado de presiones parciales de oxígeno. En cuanto a materiales de electrodo, se han investigado diferentes conductores mixtos (iónicos-electrónicos) basados en las manganitas, cobaltitas y cromitas de lantano. Para su síntesis, se han utilizado métodos de precursores como sol-gel y liofilización, además de la clásica reacción en estado sólido, al objeto de reducir el tamaño de grano de los materiales policristalinos, y por lo tanto mejorar la microestructura de dichos materiales. Estos materiales han sido estructural y eléctricamente caracterizados por diversas técnicas, como XRD, SEM, TG/DTA, TMA, DSC, adsorción de N2, picnometría, espectroscopía de impedancia compleja, métodos de Van der Pauw y Gorelov y test electroquímicos, mediante ciclo-voltametría, de los distintos materiales ensamblados en pilas monocelda, siguiendo un diseño típico de electrolito soportado, y usando 5%H2/Ar e H2 puro humidificados como combustibles, y oxígeno y aire como gases oxidantes. Empleando LSGM como electrolito, en capa fina preparado por tape casting y con un espesor de 120 micras, y como cátodo y ánodo, La0,8Sr0,2MnO3-delta (LSM) y La0,75Sr0,25Cr0,5Mn0,5O3-delta (LSCM) respectivamente, se obtuvo una densidad de potencia de 570 mW/cm2 a 1073 K. Aun así, se investigaron otros materiales de cara a reducir los sobrepotenciales de electrodo. En este sentido, el sobrepotencial catódico del material Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3-delta (BSCF) fue considerablemente inferior