Estudio y optimización de la respuesta electroquímica de materiales para cátodos de celdas combustibles

Abstract

La demanda de fuentes de energías alternativas a nivel mundial se encuentra en un creciente proceso de aumento debido a la disminución de las reservas de hidrocarburos. Debemos considerar que los efectos generados por los gases de combustión de los motores de los vehículos han generado grandes volúmenes de gases que contribuyen en gran medida al efecto invernadero, los gases de dióxido de carbono (CO2) y de metano (CH4) entre otros. Actualmente los países buscan alternativas energéticas, basadas en las denominadas energías renovables. Entonces la energía eólica, la energía solar, la energía geotérmica, la energía hidráulica, la energía mareomotriz, etc. entre otras tantas fuentes de energía son consideradas como alternativas probables. Las celdas de óxidos sólidos (SOFC o Solid-Oxide Fuel Cell) surgen como una alternativa debido a que en ellas se puede utilizar hidrógeno, metano y monóxido de carbono entre otros. Esta constituye un camino previo a utilizar solamente hidrógeno. Estas celdas SOFC, son útiles por el aporte de energía, como también como generadoras de agua. Los productos obtenidos de su funcionamiento no generan gases de efecto invernadero. Son de particular interés el estudio de celdas SOFC que trabajan a temperaturas intermedias en el rango de 500 °C a 800 °C, las cuales se las denomina Celdas de combustibles de Óxido Sólido de Temperatura Intermedia (IT-SOFC). La importancia de trabajar a menores temperaturas se fundamenta en la utilización de conectores de menor costo, pero trae aparejado un problema de menor rendimiento de la celda debido al sobre-potencial catódico. Es necesario mejorar el rendimiento electroquímico de los cátodos y esto se logra en parte optimizando su microestructura y composición. El objetivo de esta tesis es la búsqueda de nuevos materiales catódicos conductores mixtos, que posean un determinado grado de porosidad necesario para aumentar la difusión de las especies y analizar la respuesta electroquímica de los materiales La0.4Sr0.6CoO3-δ y de La0.4Sr0.6FeO3-δ (LSCO), utilizando para su síntesis el Método Químico de Pechini. Se pudo demostrar que la sustitución con Co en esta estructura presenta un mejor desempeño como material catódico

The demand for alternative energy sources worldwide is in a growing process of increase due to the decrease of hydrocarbon reserves. We must consider that the effects generated by the combustion gases from vehicle engines have generated large volumes of gases that contribute greatly to the greenhouse effect, carbon dioxide (CO2) and methane (CH4) gases, among others. Currently, countries are looking for energy alternatives, based on so-called renewable energies. So wind power, solar power, geothermal power, hydro power, tidal power, etc. among many other sources of energy are considered probable alternatives. Solid oxide cells (SOFC or Solid-Oxide Fuel Cell) have emerged as an alternative because they can use hydrogen, methane and carbon monoxide among others. These SOFC cells are useful for supplying energy, as well as for generating water. The products obtained from its operation do not generate greenhouse gases.Of particular interest is the study of SOFC cells that work at intermediate temperatures in the range of 500 °C to 800 °C, which are called Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells (IT-SOFC). The importance of working at lower temperatures is based on the use of lower cost connectors, but it entails a problem of lower cell performance due to the cathodic over-potential. The electrochemical performance of the cathodes needs to be improved and this is achieved in part by optimizing their microstructure and composition. The objective of this thesis is the search for new mixed conducting cathodic materials, which have a certain degree of porosity necessary to increase the diffusion of the species. We have achieved this objective by analyzing the electrochemical response of the materials La0.4Sr0.6CoO3-δ and La0.4Sr0.6FeO3-δ (LSCO) that it has been achieved using the Pechini Chemical Method. It was demonstrated that the substitution with Co in this structure present a better performance as a cathode material.