Caracterización, integración y comportamiento de nuevos materiales tipo oxiapatita en una pila de combustible de óxido sólido microtubular

Poblador Cester, Samuel
Orera Utrilla, Alodia (dir.) ; Laguna Bercero, Miguel Ángel (dir.)

Oliete Terraz, Patricia (ponente)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2014
Departamento de Ciencia y Tecnología de Materiales y Fluidos, Área de Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica

Ingeniero Industrial

Resumen: Una SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) o pila de combustible de óxido sólido, es el tipo de pila de hidrógeno más eficiente actualmente. Normalmente, su temperatura de trabajo se encuentra entre los 600 ºC y 1000 ºC, lo cual conlleva un problema de estabilidad termoquímica de los componentes y sus interfases, que acaba derivando en una disminución de la efectividad y duración de la celda. Una posible solución que se está estudiando en el ICMA, en el grupo de Procesado y Caracterización de Cerámicas Estructurales y Funcionales (grupo de investigación dentro del cual se va a realizar este proyecto), es sustituir el material del electrolito que se utiliza actualmente, la YSZ (circona estabilizada con itria), por nuevos materiales de tipo oxiapatita, los cuales presentan mejores valores de conducción de los iones de oxígeno a temperaturas intermedias, lo que permitiría bajar el punto de operación del sistema al rango de los 700 - 800ºC. Sin embargo, estos materiales presentan importantes limitaciones en su procesado, debido fundamentalmente a su difícil densificación, lo que hace necesario un estudio minucioso de su proceso de sinterización. En este proyecto se estudiarán dos oxiapatitas en concreto: La9.67Si6O26.5 y La9.67Si3Ge3O26.5 El objetivo principal de este proyecto es fabricar una pila microtubular soportada sobre ánodo con este nuevo tipo de material. Para ello habrá que: 1. Sintetizar las oxiapatitas, realizando las mezclas, moliendas y tratamientos térmicos adecuados, comprobando después su cristalinidad mediante difracción de rayos X y espectroscopia Raman así como sus propiedades de conducción iónica mediante espescroscopia de impedancias (EIS). 2. Caracterizar y optimizar la morfología del polvo de los compuestos obtenidos para su posterior utilización en la fabricación de las pilas. Para ello, se estudiará la distribución del tamaño de partícula, se realizarán ensayos de dilatometría para determinar las temperaturas de sinterización del electrolito y por último, se realizarán ensayos de reología de las suspensiones para optimizar el proceso de dipcoating por el que se depositarán el electrolito y el cátodo sobre el ánodo. 3. Una vez optimizados los parámetros, se fabricarán los ánodos de NiO y oxiapatita, mediante CIP (prensado isostático en frío). Posteriormente,se depositará el electrolito sobre el ánodo mediante la técnica de dipcoating y por último, se depositará el cátodo (mezcla de Pr2NiO4 y oxiapatita) sobre el electrolito. La integración entre las diferentes capas que la componen , así como los espesores de cada una de las fases, se estudiará mediante técnicas de microscopia óptica y de barrido (SEM). 4. Finalmente, si la integración de las multicapas resulta ser adecuada, se realizará la caracterización electroquímica mediante el control del voltaje a circuito abierto (OCV), medidas de las curvas intensidad-voltage (I-V). El objetivo global de este proyecto es que el estudiante adquiera los conocimientos necesarios para trabajar en un laboratorio de fabricación y caracterización de materiales cerámicos.

Palabra(s) clave (del autor): oxiapatita ; microtubular ; sofc ; pila de combustible

Tipo de Trabajo Académico: Proyecto Fin de Carrera