Oxoapatitos de lantano como electrolitos en pilas de combustible de óxido sólido, sofc

Resumen

Las pilas de combustible son dispositivos electroquímicos que convierten la energía química en energía eléctrica con una eficiencia teórica superior al 95% y mínima emisión de contaminantes. En las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC), el cátodo y el ánodo están separados por un electrolito cerámico, que debe tener alta conductividad de ión óxido, buena compatibilidad química con los electrodos y baja expansión térmica. Uno de los candidatos más prometedores para reemplazar a la YSZ como electrolito en pilas SOFC, es el sistema tipo apatito, de fórmula general A10-x(MO4)6O2+ (siendo A un catión trivalente, por ejemplo La; y M un tetravalente, por ejemplo Si). Los oxoapatitos de lantano presentan altos valores de conductividad de ion óxido como consecuencia de la existencia de un mecanismo de conducción intersticial en lugar del típico mecanismo a través de vacantes presente en conductores de ion óxido con estructura fluorita o perovskita. Se han determinado las estructuras cristalinas de diversas series de oxoapatitos de lantano a temperatura ambiente y elevadas temperaturas utilizando el método de Rietveld con datos de difracción de neutrones, tanto de longiitud de onda constante como de tiempo de vuelo. Algunas de las composiciones estudiadas han sido: La9.33(SiO4)6O2, La9.33(Si0.5Ge0.5O4)6O2, La9.50(Si0.916Al0.083O4)O2, La9.50(Ge0.916Al0.083O4)6O2, La8Sr2(SiO4)6O2 y La8Sr2(GeO4)6O2, todas ellas estequiométricas en oxígeno. La presencia de Ge y/o Al da lugar a enlaces más flexibles que aumentan la cantidad de O intersticial y por tanto de vacantes de oxígeno en el eje C. También se han estudiado composiciones con exceso de oxígeno, como es el caso de La9.55(SiO4)6O3.32, La9.60(GeO4)6O2.4, y La9Sr1(Si5.5Al0.5O24)O2.25. Al tener contenidos en oxígeno superiores a 26, todas presentan aniones óxido en una posición diferente de la del O(4) ya que en este sitio cristalográfico no tiene