Síntesis de Fluoritas de Cerio Modificadas con Samario en el Sistema Ce1−XSmXO2−δ para Potencial Uso en Pilas de Combustible de Óxido Sólido

Synthesis of Cerium Fluorites Modified with Samarium in the Ce1−XSmXO2−δ System for Potential use in Solid Oxide Fuel Cells

Mediante una ruta de síntesis de química húmeda, se obtuvieron cuatro materiales cerámicos tipo fluorita basados en el sistema Ce₁-_XSm_XO_2−δ (x = 0,5,10 y 15 mol%), con el propósito de generar en ellos propiedades fisicoquímicas de importancia para su eventual aplicación como componentes electrónicos en pilas de combustible de óxido sólido (SOFC). La caracterización se realizó en diferentes etapas del proceso de síntesis, inicialmente, los precursores metal orgánicos fueron caracterizados por espectroscopia infrarroja (FTIR) y análisis térmico (TGA-DTA), permitiendo determinar la conformación de las especies tipo citrato. Tras la obtención de las fases cristalinas buscadas, los posteriores análisis, por difracción de rayos X (XRD) y microscopia electrónica (SEM-TEM), permitieron determinar la morfología y las características superficiales y texturales consistentes con una serie de agregados nanométricos (<, 41 nm) de forma regular, orientados en el plano cristalográfico (111) con distancias interplanares de 0,31 nm. La composición, determinada por microanálisis de rayos X por energía dispersiva (EDS) y fluorescencia de rayos X (XRF), indicó una excelente concordancia entre las composiciones propuestas y obtenidas. Los análisis de reducción a temperatura programada (TPR-H₂) y de espectroscopia de impedancias AC confirmaron la presencia de propiedades relevantes para el empleo de estas cerámicas en pilas tipo SOFC.

1. INTRODUCCIÓN

Durante esta segunda década del siglo XXI ha crecido el interés por las pilas de combustible, dada su importancia para la producción de energía en varios sectores críticos y sensibles, en una economía mundial basada en el consumo de combustibles fósiles [1,3]; este tipo de dispositivos, similares a las pilas electroquímicas, están diseñados para alimentación continua de combustible, y producen electricidad a partir de una fuente de hidrógeno y de oxígeno, con rendimientos considerables, debido a que no están limitados por el ciclo de Carnot [4,6]. A pesar de ello, la dificultad y el costo de su producción radican en la obtención de combustibles de alta densidad energética, bajo costo y disponibilidad, al igual que en el desarrollo de nuevos componentes electródicos que permitan mejorar su vida útil [7, 12].

En los últimos años se han desarrollado nuevas técnicas para obtener materiales avanzados de bajo costo y de fácil escalamiento industrial para uso enpilas de combustible; entre ellos, materiales oxídicos basados en estructuras tipo fluorita, en específico, óxidos de cerio, que han recibido especial atención [14] debido a sus notables ventajas, principalmente sustituidos con samario, dada su buena estabilidad térmica y su comportamiento redox, que lo han convertido en un material promisorio para uso como componente anódico en reacciones de oxidación directa de metano.