Efecto del ZnO en el comportamiento de sinterización, la densificación y las propiedades eléctricas de los electrolitos sólidos de Ce0.8Sm0.1Nd0.1O2

Abstract

Las celdas de combustible de óxido sólido (SOFCs) son dispositivos electroquímicos de conversión de energía altamente eficientes que desempeñan un papel clave en las tecnologías de energía limpia. Las SOFCs convencionales operan típicamente a altas temperaturas (800-1000 °C), lo que ha impulsado el desarrollo de materiales alternativos para electrolitos y electrodos para su operación a temperaturas intermedias (600-800 °C). Entre los diversos candidatos, la ceria dopada con tierras raras es particularmente atractiva como electrolito debido a su conductividad iónica superior en este rango de temperatura. Sin embargo, su escasa sinterabilidad requiere altas temperaturas de sinterización (>1500 °C) para alcanzar densidades relativas superiores al 95%. El uso de aditivos de sinterización es una estrategia efectiva para mejorar la densificación mientras se reduce la temperatura de sinterización. En este estudio, se añadió ZnO al sistema de ceria co-dopada Ce0.8Sm0.1Nd0.1O2 como aditivo de sinterización para mejorar la densificación y la conductividad iónica a una menor temperatura de sinterización. Las muestras fueron sintetizadas mediante el método de Pechini y caracterizadas por difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido (MEB) y espectroscopía de impedancia. El análisis de DRX confirmó la formación de una estructura de fluorita de fase única sin impurezas detectables. La adición de ZnO mejoró significativamente el comportamiento de sinterización, permitiendo una densificación superior al 93% a una temperatura de sinterización comparativamente baja de 1100 °C. Entre las composiciones investigadas, la muestra de Ce0.8Sm0.1Nd0.1O2 con un contenido de 5% en peso de ZnO sinterizada a 1100 °C exhibió la conductividad iónica total más alta, con un valor de 2.6 × 10⁻² S cm⁻¹ a 800 °C.

Keywords: SOFCs; ceria dopada; sinterizacion