Síntesis y caracterización de CMCuO para su aplicación en la fabricación de ánodos de celdas de combustible de óxido sólido del tipo carbón - aire

Abstract

Se sintetizaron nanopartículas de ceria dopada con cobre y molibdeno (CMCuO) mediante el método de combustión convencional y variaciones de este, con dos concentraciones: 10 %p/p Cu - 10 %p/p Mo (CMCuO10) y 5 %p/p Cu - 5 %p/p Mo (CMCuO5). Se calcinó el material sintetizado a diferentes temperaturas entre 600 y 850°C: la cristalinidad del CMCuO aumenta al aumentar la temperatura de calcinación y a partir de los 700 °C se generan fases secundarias de cobre y molibdeno, por lo cual se propusieron los 650 °C como la temperatura de calcinación óptima. Adicionalmente, se observó que la estructura cristalina no se ve afectada por el contenido de metal; sin embargo, se detectó un posible límite de solubilidad de dopantes en la estructura de la ceria cercano al 5 %p/p. La compatibilidad de CMCuO con materiales típicos de electrolito (ceria y circona dopada con itria) fue corroborada al someter mezclas de estos materiales a 800 °C en ambiente reductor, no observándose la formación de fases aislantes en DRX. Además, se midió su conductividad eléctrica en el intervalo de temperatura de 550 a 800 °C mediante el método de las cuatro puntas, siendo la máxima conductividad eléctrica obtenida para el CMCuO5 (preparado por un método de combustión y filtración) igual a 0.257 S cm-1 a 750°C. Considerando sus propiedades físicas y químicas, el CMCuO5 filtrado fue seleccionado como material de ánodo para la fabricación de una celda de combustible de óxido sólido con electrolito de circona dopada con itria (YSZ) y cátodo de lantano-estroncio-manganato (LSM) YSZ, usando hidrógeno húmedo como combustible. El potencial de circuito abierto obtenido a 800°C fue de 1,03 V y la máxima densidad de potencia eléctrica fue de 69 mW cm-2 a una densidad de corriente de 130 mA cm-2 y un potencial de celda de 0.5 V.