Síntesis de conductores mixtos de Sm0.5Ba0.5CoO3-delta y caracterización como cátodos de celdas de combustible de óxido solido
En el presente trabajo se estudiaron las características morfológicas, estructurales y eléctricas de óxidos nanoestructurados de Sm_{0.5}Ba_{0.5}CoO_{3-\delta } y composites Sm_{0.5}Ba_{0.5}CoO_{3-\delta}-Ce_{0.8}Gd_{0.2}O_{1.9} para ser utilizados como posibles candidatos de celdas de combustible d...
- Autores:
-
Castiblanco Cuvides, Paula Andrea
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2023
- Institución:
- Universidad Distrital Francisco José de Caldas
- Repositorio:
- RIUD: repositorio U. Distrital
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repository.udistrital.edu.co:11349/40691
- Acceso en línea:
- http://hdl.handle.net/11349/40691
- Palabra clave:
- Perovskitas
Cátodo
Celdas de combustible
SOFC
IT-SOFC
MIECs
Licenciatura en Física -- Tesis y disertaciones académicas
Conductores mixtos
Materiales cerámicos para energía
Celdas de combustible de óxido sólido
Conductividad mixta de iones y electrones
Perovskites
Cathode
Fuel cells
SOFC
IT-SOFC
MIECs
- Rights
- License
- Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional
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En el presente trabajo se estudiaron las características morfológicas, estructurales y eléctricas de óxidos nanoestructurados de Sm_{0.5}Ba_{0.5}CoO_{3-\delta } y composites Sm_{0.5}Ba_{0.5}CoO_{3-\delta}-Ce_{0.8}Gd_{0.2}O_{1.9} para ser utilizados como posibles candidatos de celdas de combustible de oxido solido a temperaturas intermedias (IT-SOFC). Se utilizo para la elaboración del electrolito los polvos Nextech Materials, a los cuales se les prenso uniaxialmente para lograr alta densidad inicial, se calcino a 1400°C, usando un horno de altas temperaturas ubicado en el laboratorio de materia condensada de la Universidad de los Andes y fue lijado uniformemente para el debido análisis. Para la sintetización del cátodo se realizaron las mezclas de nitratos de Samario, Bario y Cobalto, por medio del método de liquid mix, con el material obtenido se realizó el proceso de filtración y calcinación con el fin de la obtención de polvos nanoestructurados, que posteriormente fueron analizados por microscopía electrónica de barrido (MEB) y difracción de rayos X (DRX) y de este modo confirmar si presentaron las características estructurales y morfológicas planteadas inicialmente, para cumplir con los objetivos de este trabajo. En la caracterización estructural del material se utilizó el método de Rietveld, ajustando por el método mínimos cuadrados y obteniendo resultados de refinamiento bastante satisfactorios respecto al método de síntesis, a estas muestras se pasó por el microscopio electrónico de barrido, Quanta 200 de la Universidad Nacional, obteniendo micrografías para SBCO450 y SBCO850 con un diámetro promedio de 450 nm a 550 nm, definido en el capítulo III sección 5. Con los cátodos nanoestructurados obtenidos con adecuada adhesión al electrolito, se minimizo la resistencia de polarización, para ello fue necesario medir la resistencia del electrodo en distintas condiciones de preparación por medio de EIS, en una configuración de celda simétrica [cátodo/electrolito/cátodo] a temperaturas entre los 500°C y $750°C. Se determinó la resistencia del electrodo en función de la temperatura y se correlacionó el desempeño del cátodo con la microestructura del mismo, evaluado por DRX y MEB. Se obtuvo un valor de energía de activación entre 13.26 eV y 15.47eV, relacionando que tan rápido se produce la reacción en la celda y siguiendo de este modo un circuito equivalente RCP con un elemento de Warburg Ws, que describe el transporte de masas y una capacitancias de doble capa (capas con polaridad opuesta), para la descripción de los procesos de transferencias de cargas. Al finalizar se detalla las conclusiones del trabajo realizado, analizando de este modo la compatibilidad, funcionamiento y aplicabilidad de esta muestra como posible candidato de celdas de combustible de oxido solido a temperaturas intermedias. |
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Para la sintetización del cátodo se realizaron las mezclas de nitratos de Samario, Bario y Cobalto, por medio del método de liquid mix, con el material obtenido se realizó el proceso de filtración y calcinación con el fin de la obtención de polvos nanoestructurados, que posteriormente fueron analizados por microscopía electrónica de barrido (MEB) y difracción de rayos X (DRX) y de este modo confirmar si presentaron las características estructurales y morfológicas planteadas inicialmente, para cumplir con los objetivos de este trabajo. En la caracterización estructural del material se utilizó el método de Rietveld, ajustando por el método mínimos cuadrados y obteniendo resultados de refinamiento bastante satisfactorios respecto al método de síntesis, a estas muestras se pasó por el microscopio electrónico de barrido, Quanta 200 de la Universidad Nacional, obteniendo micrografías para SBCO450 y SBCO850 con un diámetro promedio de 450 nm a 550 nm, definido en el capítulo III sección 5. Con los cátodos nanoestructurados obtenidos con adecuada adhesión al electrolito, se minimizo la resistencia de polarización, para ello fue necesario medir la resistencia del electrodo en distintas condiciones de preparación por medio de EIS, en una configuración de celda simétrica [cátodo/electrolito/cátodo] a temperaturas entre los 500°C y $750°C. Se determinó la resistencia del electrodo en función de la temperatura y se correlacionó el desempeño del cátodo con la microestructura del mismo, evaluado por DRX y MEB. Se obtuvo un valor de energía de activación entre 13.26 eV y 15.47eV, relacionando que tan rápido se produce la reacción en la celda y siguiendo de este modo un circuito equivalente RCP con un elemento de Warburg Ws, que describe el transporte de masas y una capacitancias de doble capa (capas con polaridad opuesta), para la descripción de los procesos de transferencias de cargas. Al finalizar se detalla las conclusiones del trabajo realizado, analizando de este modo la compatibilidad, funcionamiento y aplicabilidad de esta muestra como posible candidato de celdas de combustible de oxido solido a temperaturas intermedias.In the present work, the morphological, structural and electrical characteristics of nanostructured oxides of Sm_{0.5}Ba_{0.5}CoO_{3-δ} and Sm_{0.5}Ba_{0.5}CoO_{3-δ}- composites were studied. Ce_{0.8}Gd_{0.2}O_{1.9} to be used as possible candidates for intermediate temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFC). For the preparation of the electrolyte, Nextech Materials powders were used, which were pressed uniaxially to achieve a high initial density, calcined at 1400°C, using a high-temperature oven located in the condensed matter laboratory of the University of Los Angeles. Andes and was sanded uniformly for due analysis. For the synthesis of the cathode, the mixtures of samarium, barium and cobalt nitrates were made, by means of the liquid mix method, with the obtained material the filtration and calcination process was carried out in order to obtain nanostructured powders, which were later They were analyzed by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) and thus confirm if they presented the structural and morphological characteristics initially proposed, to meet the objectives of this work. In the structural characterization of the material, the Rietveld method was used, adjusting by the least squares method and obtaining quite satisfactory refinement results with respect to the synthesis method, these samples were passed through the scanning electron microscope, Quanta 200 of the National University , obtaining micrographs for SBCO450 and SBCO850 with an average diameter of 450 nm to 550 nm, defined in chapter III section 5. With the nanostructured cathodes obtained with adequate adhesion to the electrolyte, the polarization resistance was minimized, for this it was necessary to measure the resistance of the electrode in different preparation conditions by means of EIS, in a symmetrical cell configuration [cathode/electrolyte/cathode]. at temperatures between 500°C and $750°C. The resistance of the electrode as a function of temperature was determined and the performance of the cathode was correlated with its microstructure, evaluated by DRX and MEB. An activation energy value between 13.26 eV and 15.47eV was obtained, relating how fast the reaction occurs in the cell and thus following an equivalent PCR circuit with a Warburg Ws element, which describes mass transport and a double layer capacitances (layers with opposite polarity), for the description of charge transfer processes. At the end, the conclusions of the work carried out are detailed, thus analyzing the compatibility, operation and applicability of this sample as a possible candidate for solid oxide fuel cells at intermediate temperatures.Pontificia Universidad JaverianapdfspaAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacionalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/Restringido (Solo Referencia)http://purl.org/coar/access_right/c_abf2PerovskitasCátodoCeldas de combustibleSOFCIT-SOFCMIECsLicenciatura en Física -- Tesis y disertaciones académicasConductores mixtosMateriales cerámicos para energíaCeldas de combustible de óxido sólidoConductividad mixta de iones y electronesPerovskitesCathodeFuel cellsSOFCIT-SOFCMIECsSíntesis de conductores mixtos de Sm0.5Ba0.5CoO3-delta y caracterización como cátodos de celdas de combustible de óxido solidoSynthesis of mixed Sm0.5Ba0.5CoO3-delta conductors and characterization as solid oxide fuel cell 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