ELABORACIÓN Y CARACTERIZACIÓN ELECTROQUÍMICA DE PEROVSKITAS RUDDLESDEN-POPPER DE Pr2Ni1-xNbxO4 (x = 0; 0,10 y 0,2) PARA UTILIZARLOS COMO CÁTODOS EN CELDAS DE COMBUSTIBLE DE ÓXIDO SÓLIDO DE TEMPERATURA INTERMEDIA

Proyecto: Investigación

Detalles del proyecto

Descripción

Iniciando la década de 2020, la humanidad sigue enfrentándose a enormes desafíos relacionados con el cuidado del medio ambiente. De acuerdo con la Agencia Internacional de Energía (IEA, 2018), la demanda mundial de energía primaria en 2020 está del orden de 1020 J, de los cuales aproximadamente el 81% fue generada por medio de combustibles fósiles (petróleo, carbón y gas natural). Las proyecciones indican que con el crecimiento de la población y la economía, esta demanda, de energía, aumentará aún más para el 2040; al igual que las emisiones de dióxido de carbono, CO2. Con el fin de enfrentar estos problemas se ha plateado la utilización de fuentes de energía renovables, con el propósito de disminuir la emisión de gases contaminantes generados por los combustibles fósiles. Una de las alternativas que han surgido como solución a la problemática discutida anteriormente, son las celdas de combustible de óxido sólido (SOFC's), cuya tecnología de generación de energía limpia es prometedora y amable con el medio ambiente. Este tipo de tecnología ayuda a reducir la emisión de gases que provocan el efecto invernadero y proponen un uso más eficiente de los hidrocarburos que reduzca la producción de CO2. Las SOFC's son una tecnología que presenta un gran potencial para aplicaciones a gran escala. Sin embargo, el empleo práctico de las SOFC se ve obstaculizado por ser una tecnología de alto costo, principalmente porque funcionan a altas temperaturas (850 °C a 1000 °C) y, por tanto, los materiales con que se deben fabricar son de un alto valor comercial. Es por esta razón, que se han dedicado esfuerzos significativos en la búsqueda de nuevos materiales que ayuden a reducir la temperatura operativa de las SOFCs hacia rangos entre los 500 °C a 750 °C y que además mejoren la cinética de las reacciones de oxidación y reducción en el ánodo y el cátodo, respectivamente. En este rango de temperatura intermedia, la elección de los materiales para la construcción de estos dispositivos se amplía considerablemente, y la fiabilidad de los componentes de la celda, tales como interconectores, selladores y tubos de gas, también se pueden mejorar, lo que permitiría que su fabricación sea más barata. Para lograr esto, las investigaciones han centrado su interés en dos direcciones que mejoran el rendimiento de una SOFC al operar a temperaturas más bajas, sin dejar de alcanzar un rendimiento comparable al de la tecnología de temperatura más alta, estas son: Reducir el espesor del electrolito, lo que llevaría a la reducción de la resistencia específica del área de la celda de combustible. Desarrollar nuevos materiales desde el punto de vista de composición y microestructura, que aumenten el rendimiento en los electrodos (ánodo y cátodo) y de esta manera la conductividad iónica del electrolito a temperaturas más bajas Teniendo en cuenta lo anterior, el propósito del presente proyecto, que se desarrollará en el marco de estudio de nuevos materiales para su aplicación en dispositivos de energías renovables, busca caracterizar estructural y electroquímicamente perovskitas tipo Ruddlesden-Popper de Pr2Ni1-xNbxO4 (x = 0; 0,1 y 0,2) con diferente microestructura con el fin de evaluar su aplicación como cátodos de SOFC's. Las perovskitas de Ruddlesden-Popper (RPP) son consideradas como potenciales materiales de cátodo para celdas este tipo de celdas, basados en el hecho de que RPP no necesariamente contienen metales alcalinotérreos lo que evita problemas relacionados con la segregación superficial. Lo que es una ventaja respecto a otro tipo de perovskitas simples. Otras motivaciones para estudiar las perovskitas de tipo RPP es que estas poseen una buena actividad en la reacción de reducción del oxígeno (ORR), larga estabilidad térmica y estabilidad química. Las propiedades estructurales de los materiales propuestos en este proyecto se realizarán por medio de microscopia electrónica de barrido (MEB), mediante esta técnica se verificará la formación porosa y morfología de los óxidos. A través de difracción de rayos X (DRX), se evaluará la formación de las fases esperadas para estos materiales. El análisis de las propiedades electroquímicas de los cátodos se efectuará mediante la técnica de espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) en función de la temperatura y la presión parcial de oxígeno. Se hará un estudio de la ORR, con el fin de identificar los mecanismos que limitan la de difusión de iones óxido (O2-) en el volumen del material, para de esta manera determinar la aplicabilidad de las perovskitas de Pr2Ni1-xNbxO4, como cátodos en celdas de combustible de óxido sólido.
EstadoActivo
Fecha de inicio/Fecha fin15/03/2314/09/25

Palabras clave

  • Cátodo
  • Celdas de combustible de óxido sólido
  • Espectroscopia de impedancia

Estado del Proyecto

  • Sin definir

Financiación de proyectos

  • Interna
  • Pontificia Universidad Javeriana