Materiales nanoestructurados a base de ceria para pilas de combustible: propiedades de transporte iónico y electrónico

Abstract

El objetivo principal de este trabajo de investigación ha consistido en el estudio de materiales a base de ceria, especialmente en lo relacionado con la caracterización electroquímica de los mismos, para su potencial aplicación en pilas de combustible de óxidos sólidos (SOFC). Se analizó el efecto producido por el dopado con diversos cationes trivalentes (Ln3+) en la red cristalina del CeO2, que da lugar a la solución sólida Ce1-xLnxO2-x/2, con x=0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.3 y Ln=Y, Gd, Sm. La. Los cationes aliovalentes con estado de oxidación inferior al del Ce4+ generan vacantes de oxígeno, que como consecuencia producirán un aumento de la concentración de los "portadores" de la carga iónica. Los materiales a estudiar se han preparado mayoritariamente por el método de la "liofilización", que se basa en la obtención de un precursor amorfo a partir de la deshidratación por sublimación de una disolución congelada de sales metálicas. Las fases cristalinas se obtienen tras la precalcinación de estos precursores a temperaturas tan bajas como 375ºC, consiguiéndose materiales con tamaños de grano nanométricos. En algunos casos, se han usado materiales comerciales (Rhodia) y otros preparados a partir precursores obtenidos por el método de acetil-acetona, con el objetivo de poder comparar los efectos producidos por el tipo de preparativa. Para facilitar la sinterización se han añadido pequeñas cantidades de Co como aditivo, sobre los materiales en forma de polvo. Las muestras sin Co se sinterizaron a 1500-1600ºC, mientras que las muestras con Co se sintetizaron a 1000, 1150 y 1500ºC. El efecto del Co en el proceso de densificación dependerá fuertemente de la temperatura de sinterización. El grado de desnificación de las muestras con Co sinterizadas a las más bajas temperaturas fue similar al de las muestran sin Co.