Materiales para celdas de combustibleen capas delgadas

Ponente: Dr. Mario F. García Sánchez

Dpto. Materia Condensada y Criogenia.Instituto de Investigaciones en

MaterialesUNAM

Guillermo Santana, Betsabeé Marel Monroy, Armando Ortiz Rebollo, Aduljay Remolina Millan, Luis Andres Goméz González, Leon  Hamui Balas, Carlos Álvarez Macías, Adriana Benitez Rico.

Tipos de celdas de combustible

B. C. H. Steele /J. Mater. Sci. 36 (2001 1053)

Materiales para SOFC

Espectroscopía dieléctrica

0 1x106 2x1060

1x106

2x106

275 oC

f = 398 Hzf = 12.6 kHz ω

Z' (ω)

Z" (ω)

0 2x105 4x105 6x1050

2x105

4x105

325 oC

f = 2.0 kHzf = 63 kHz

ω

Z' (ω)

Z" (ω)

Arcos (numerados de izquierda a

derecha por orden de aparición)

Capacidad(F)

Tsint=1450 oC

Capacidad(F)

Tsint=1500 oC

Capacidad(F)

Tsint=1550 oC

1 (8.0 - 8.5) 10-12 (7.8 - 8.1) 10-12 (8.0 - 8.4) 10-12

2 ~ 3.6 10-10 ~ 2.5 10-10 (4.1 - 4.4) 10-10

3 (3.2 - 4.9) 10-6 ~2.4 10-6 (5.1 - 7.3) 10-6

M. F. García-Sánchez, et. al., submited to publication

M. F. García-Sánchez, et. al., J. Chem. Educ. 80 (2003) 1062

Rocío Pirolítico

•Temperatura

•Tamaño gotas

•Velocidad Flujo

•Solvente

•Tiempo

•Distancia

Rocío Pirolítico

Resultados en el crecimiento de capas de YSZT=400 ºC, t= 10min T=400 ºC, t= 25 min

20 30 40 50 60 70

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

a)

b)

Inte

nsi

ty (

a.u

.)

2Θ (º)

M.F. García Sánchez, J. Peña, A. Ortiz, G. Santana, J. Fandiño, M. Bizarro, F. Cruz Gandarilla, J.C. Alonso, Solid State Ionics 179 (2008) 243-249.

Resultados en el crecimiento de capas de YSZ

0 25000 50000

-30000

-20000

-10000

0

Z'

Z''

0,0010 0,0012 0,0014 0,0016 0,0018 0,0020

-14

-12

-10

-8

-6

-4

Ea= 0.79 eV

ln(σ

T)

1/T (K-1)

0,0012 0,0014 0,0016 0,0018 0,0020 0,0022-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

Ea=1.14 eV

ln(σ

T)

1/T (K-1)

Granos (Bulk) Frontera de granos

Muestra crecida a 425 ºC por 10 min

M.F. García Sánchez, J. Peña, A. Ortiz, G. Santana, J. Fandiño, M. Bizarro, F. Cruz Gandarilla, J.C. Alonso, Solid State Ionics 179 (2008) 243-249.

Resultados en el crecimiento de capas de CeO2T=400 ºC, t= 10min T=425ºC, t= 10min

M.F. García Sánchez, A. Ortiz, G. Santana, M. Bizarro, J. Peña, F. Cruz Gandarilla, M. A. Aguilar-Frutis, J.C. Alonso,

en revisión en J. Am. Ceram. Soc.

Resultados en el crecimiento de capas de CeO2

0.0015 0.0020 0.0025 0.0030 0.0035-3.5

-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

Ea = (0.133±0.003) eV

log

(σT

)

1/T (K)-1

M.F. García Sánchez, A. Ortiz, G. Santana, M. Bizarro, J. Peña, F. Cruz Gandarilla, M. A. Aguilar-Frutis, J.C. Alonso,

en revisión en J. Am. Ceram. Soc.

Conclusiones•Optimizando las condiciones de crecimiento pueden obtenerse capas densas y homogéneas de conductores iónicos con tamaño de grano nanométricos.•La reducción del tamaño de grano tiene una implicación importante en la conductividad total del material.

Trabajos futuros

•Comprobar la importancia del tamaño de grano en las propiedades eléctricas.•Utilizar otros dopantes tanto en ceria como en zirconia.•Estudiar sistemas multicapas nanoestructurados.•Crecer por la misma técnica al menos uno de los electrodos.•Hacer una celda de combustible en capas delgadas utilizando los materiales antes preparados y estudiar su comportamiento en condiciones de trabajo.