Construcción de una Celda de Combustible de Óxido Sólido para la Producción de Electricidad, Mediante el Uso y Optimización de la Perovskita La1-xSrx MnO3 (x = 0.2, 0.4) como Material Constituyente del Electrodo de Oxígeno.

Abstract

La perovskita La1-xSrxMnO3 (x = 0.2, 0.4) (LSM) como material de electrodo de oxígeno para las celdas de combustible de óxido sólido (SOFC) se sintetizó por el método de combustión rápida en solución y se evaluaron sus características estructurales, morfológicas, mecánicas, eléctricas y ópticas mediante las herramientas de caracterización correspondientes. Los resultados de DRX mostraron la coexistencia de los polimorfos romboédricos R-3c y Pm-3m para la fase perovskita, corroboradas por imágenes HR-TEM, mostrando que el método de combustión rápida no permitió la formación pura de la fase La1-xSrxMnO3 (x = 0.2, 0.4) para las temperaturas de calcinación inferiores a 1400 y 1500°C respectivamente, debido a la rapidez de la síntesis de combustión 500°C durante 5 min. Se observó que el tamaño medio de los granos aumentaba con el tiempo de calcinación. El análisis EDS mostró una mejor concordancia de la estequiometría con la composición teórica. La porosidad aparente disminuyó con el aumento de la temperatura y el tiempo de calcinación debido a la coalescencia de los poros de sinterización. La dureza mejoró con el aumento del tiempo y la temperatura de calcinación y alcanzó un valor máximo de 5.7 GPa que coincidía simplemente con la densidad aparente. Se observó una tendencia similar en los estudios de resistividad en función de la temperatura y todas las muestras presentaron una resistividad baja de ~1.2 Ω-cm en el rango de temperaturas de 600-700°C. Para la muestra La0.6Sr0.4MnO3 la brecha de banda calculados oscilan entre 3.71 y 3.95 eV, lo que demuestra que el compuesto también puede ser un candidato adecuado para el desarrollo de dispositivos optoelectrónicos de alta frecuencia. A partir de estos fue construido una SOFC con diseño planar soportado sobre electrolito mediante la técnica de Screen Printing, tomando como electrolito el LSGM (La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O3) y electrodo de combustible LSCM (La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3). La celda fue evaluada a 600 y 700 °C con 100 ml.min-1 de H2. La curva IV indicaba que el OCV aumentaba ligeramente al aumentar la temperatura, mientras que en circuito cerrado se obtenía una mayor potencia a temperaturas más elevadas. La potencia máxima alcanzada fue de 4.3 mW.cm-2 a 700°C, que correspondía al intervalo más bajo señalado en la bibliografía para este tipo de celdas de combustible. Los posibles factores que afectan al rendimiento son las perdidas por polarización debido al grosor de las capas de electrodos depositadas y la existencia de micro fisuras en el electrodo de combustible LSCM.