Fabricación y caracterización estructural, mecánica y eléctrica de PrBaFe2O5+δ

Abstract

Actualmente, el mundo enfrenta una crisis climática donde la producción de energía se ha convertido en una de las principales fuentes de emisiones de gases de efecto invernadero. Por esta razón, se buscan nuevas formas de generar energías limpias. Una propuesta innovadora son las celdas de combustible de óxido sólido (SOFC), reconocidas por su alta eficiencia en la conversión de energía, flexibilidad en el uso de combustibles y bajo impacto ambiental. Las perovskitas basadas en PrBaFe2O5+δ han demostrado ser materiales prometedores para la reducción de oxígeno, lo que las hace atractivas para la fabricación de SOFC. Adicionalmente, estudios recientes han indicado que la adición de NiO durante la etapa de sinterización favorece la densificación de algunas perovskitas. Sin embargo, aunque se han realizado investigaciones sobre el material base, no se han explorado en profundidad las propiedades mecánicas del material ni su densificación mediante la adición de NiO. Por ello, el presente trabajo tiene como objetivo fabricar, densificar y caracterizar estructural, mecánica y eléctricamente las perovskitas PrBaFe2−xO5+δ (x = 0,0.05) - 0.5%pe NiO. La metodología propuesta consiste en sintetizar los polvos de los materiales base mediante el método sol-gel y, en paralelo, sintetizar los polvos de NiO mediante el método de combustión. Una vez obtenidos los polvos homogéneos, se añade 0.5% en peso de NiO a los polvos de PrBaFe2O5+δ y PrBaFe1.95O5+δ mediante el método de reacción en estado sólido para fabricar las muestras. Posteriormente, se caracteriza la estructura mediante difracción de rayos X y se mide el tamaño de grano a partir de imágenes SEM. También se realizan ensayos de expansión térmica y se estudian los efectos de la temperatura y la atmósfera en el comportamiento elástico y la conductividad eléctrica de las muestras fabricadas. Los resultados obtenidos muestran que los materiales lograron una mayor densificación en comparación con otros métodos de fabricación. Además, se identificó la fase cúbica de los materiales y se midió el tamaño promedio de grano, observando que las muestras con NiO presentan un mayor tamaño de grano. En los ensayos de expansión térmica, se determinaron los coeficientes de expansión de cada material, donde las muestras con NiO mostraron un mayor coeficiente de expansión. Respecto al comportamiento elástico, se observó que el material tiende a comportarse como elástico no lineal, pero se ve significativamente afectado por el ambiente circundante, lo que podría generar alteraciones en la red cristalina afectando sus propiedades mecánicas. Finalmente, los resultados de conductividad eléctrica demostraron que el material actúa como semiconductor hasta alcanzar un máximo, para luego comportarse como conductor metálico, un comportamiento influenciado por la atmósfera. De esta manera, se logró caracterizar integralmente el material, señalando recomendaciones y posibles trabajos futuros.