Efecto de los aditivos de sinterización en las propiedades eléctricas del electrolito protónico BaCe0.5Zr0.4Y0.1O3
Acosta Castro, Luis Manuel^(1); Deaquino Garcia, Veronica Alejandra^(1); Karinjilottu Padmadas, Padmasree^(1); Flores Guía, Tirso Emmanuel^(2); de Santiago Rodríguez, Yair Agustín^(1); Castro Román, Manuel de Jesús^(1).
(1) CINVESTAV unidad Saltillo (2) Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Coahuila.
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Abstract
Las celdas de combustible de óxido sólido (SOFC) se consideran una de las principales alternativas para alcanzar los objetivos relacionados con el aprovechamiento de energías renovables. Sin embargo, la elevada temperatura de operación, cercana a 1000 °C, de los electrolitos sólidos conductores de iones óxido limita su aplicación práctica. Por esta razón, existe un interés creciente en las SOFC conductoras de protones, capaces de operar a temperaturas inferiores a 700 °C. Entre los materiales investigados destacan los electrolitos sólidos BaCe1-xZrxO3 dopados con Y, debido a sus propiedades de sinterización, estabilidad química y mecánica, y conductividad iónica. No obstante, las altas temperaturas requeridas para su sinterización pueden provocar la evaporación de bario y el engrosamiento de los electrodos, reduciendo el área superficial activa. Una estrategia para disminuir la temperatura de sinterización consiste en incorporar óxidos metálicos como aditivos. En este trabajo se prepararon muestras de BaCe0.5Zr0.4Y0.1O3 con Al2O3, ZnO y CuO, y se analizaron su estructura cristalina, morfología y propiedades eléctricas mediante difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido de emisión de campo y espectroscopia de impedancia. Los resultados de difracción de rayos X confirmaron la formación de una estructura cúbica tipo perovskita con grupo espacial Pm-3m. El análisis por microscopía mostró que los aditivos y las diferentes temperaturas de sinterización influyeron significativamente en el tamaño y la morfología de los granos. Entre las muestras estudiadas, BaCe0.5Zr0.4Y0.1O3 con CuO, sinterizada a 1200 °C, presentó las mayores conductividades de grano y de límite de grano a 700 °C, con valores de 1.46 × 10^-2 y 1.32 × 10^-2 S/cm, respectivamente. Estos resultados muestran su potencial como electrolito sólido para SOFC conductoras de protones.
Keywords: electrolito protónico; aditivos de sinterización; conductividad iónica.