Fabricación y caracterización de PrBa0,5Sr0,5Co1,5Fe0,5O5+δ como material para cátodo de celdas de combustible de óxido sólido

Abstract

Las celdas de combustible de óxido sólido (SOFCs) son consideradas una tecnología muy prometedora debido a sus altas eficiencias y flexibilidad de combustibles. Sin embargo, sus elevadas temperaturas de operación (800-1.000 [◦C]) constituyen una importante limitación para la selección de materiales, desempeño mecánico y diseño. En los últimos años, se han realizado variados estudios en búsqueda de nuevos materiales que permitan la reducción de las temperaturas de operación a un rango intermedio (500-800 [ ◦C]), pero se ha observado que una reducción en la temperatura de operación genera un aumento en la resistencia de polarización de los materiales, disminuyendo el desempeño y la eficiencia de la celda. Dentro de las investigaciones recientes, estructuras tipo perovskitas como LnBaCo2O5+δ (Ln = Y, Pr, Nd, Sm y Gd) han recibido mucha atención como cátodos de SOFCs debido a sus elevadas cinéticas de oxígeno y conductividades eléctricas en el rango de temperatura intermedia. Entre estos estudios PrBa0,5Sr0,5Co1,5Fe0,5O5+δ (PBSCF) ha demostrado tener mejores propiedades que otros materiales comerciales. En este trabajo se sintetizó PBSCF mediante el método hidrotermal con una variación de la cantidad de NaOH añadida durante su síntesis. Tras la caracterización mediante XRD, TEM y SEM, se determinó la presencia de una segunda fase. Al analizar el efecto de la adición de distintas cantidades de NaOH en el proceso de síntesis se determinó que la adición de 6 g de NaOH permite obtener las nanopartículas de menor tamaño (54,57 [nm] en promedio), una menor intensidad en los picos asociados a una segunda fase formada y un tamaño de cristalito de 129,52 [Å]. Se estudió el efecto de la temperatura de calcinación del material, con lo que se determinó que a 600 [◦C] se obtiene una estructura suficientemente cristalizada y un tamaño de nanopartículas menor, lo que permitiría obtener cátodos con mayor área superficial. La resistencia de polarización de PBSCF se estudió mediante EIS en una celda simétrica con GDC como electrolito entre los 400 y 850 [◦C]. A modo de comparación, se realizaron mediciones en una celda simétrica LSCF|GDC|LSCF con LSCF comercial. Los resultados de las mediciones permiten concluir que las resistencias de polarización en el rango de temperaturas estudiado son menores para PBSCF en comparación con LSCF comercial, incluso con la existencia de una segunda fase formada durante el proceso de síntesis.