Materiales basados en óxido de cerioaplicación en pilas de combustible de óxidos sólidos y en catálisis

Resumen

El objetivo principal de este trabajo de investigación ha sido el estudio de materiales basados en óxido de cerio, especialmente en lo relacionado con la caracterización electroquímica y catalítica de los mismos y con el fin de valorar su potencial aplicación en pilas de combustible de óxidos sólidos (SOFC) y/o en catálisis. Los materiales a estudiar se han preparado mayoritariamente por el método de la ¿liofilización¿. Las fases cristalinas se obtienen tras la calcinación a temperaturas tan bajas como 400 ºC, consiguiéndose materiales con tamaños de grano nanométricos. El estudio de las propiedades de transporte iónico en condiciones de presión parcial de oxígeno atmosférico, se realiza mediante Espectroscopía de Impedancia Compleja (EIS). Se aprecian tres contribuciones fundamentales asociadas a interior de grano, límite de grano y otra asociada a la transferencia de carga entre el material y los electrodos. La temperatura y el tiempo de sinterización, así como la utilización de diversos dopantes (Gd3+ y Al2O3) y aditivos (Co, Gd, Al, Ni y Cu), producen cambios apreciables en las propiedades microestructurales, que están relacionadas con los efectos macroscópicos y específicos de los procesos de conducción. Además, se analiza el efecto que se produce al variar la cantidad de dopante trivalente (Gd3+) en las propiedades de conducción del grano y del límite de grano. Partiendo de la identificación de fases secundarias y de su dependencia con la composición y las condiciones de tratamiento térmico, se re-examinaron los efectos que produce la adición de alúmina en las propiedades de grano y borde de grano de los electrolitos basados en ceria-gadolinia. Se llevaron a cabo estudios de reducción de temperatura programada (TPR) para investigar la reducibilidad de los polvos cerámicos. Se observan picos que se asocian a los procesos de reducción superficial y másico de la ceria. Adicionalmente, se sintetizaron y caracterizaron una serie de composites de CGO-NiO y CGO-CuO. han sido estudiados en los últimos años debido a que son candidatos como ánodos en pilas de combustible de óxido sólido (IT-SOFCs). Se obtuvieron polvos nanocristalinos mediante los métodos de liofilización y de combustión con urea que fueron luego caracterizados mediante DRX, TPR, TPD y TPD. Finalmente, se prepararon y testearon una serie de catalizadores basados en CeO2-CuO con diferentes pequeñas cargas de Cu para la oxidación preferencial de CO en una corriente rica en H2 (CO-PROX). Los materiales resultantes se caracterizaron por DRX, TEM, H2-TPR y XPS. Todos los catalizadores preparados resultaron muy activos y selectivos a la reacción CO-PROX a bajas temperaturas, también en presencia de CO2 y H2O.