Reducibility and catalytic behavior of La0.25Sr1.75MnO4 Ruddlesden-Popper phase prepared by a modified Pechini method

Reducibilidad y comportamiento catalítico de la fase Ruddlesden-Popper La0,25Sr1,75MnO4 preparada por el método de Pechini modificado

Se han reportado pocos estudios sobre el uso de compuestos de manganeso (La,Sr)2MnO4 de estructura tipo Ruddlesden-Popper, como electrolitos de Celdas de Combustible de Óxido Sólido (SOFC), en particular como ánodos. En este trabajo el compuesto La0,25Sr1,75MnO4 fue sintetizado por el método de Pechini modificado. Este material fue estudiado por la técnica de Difracción de Rayos X (XRD), Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y su estructura analizada en detalle mediante refinamiento de los patrones de difracción de rayos X. La0,25Sr1,75MnO4 fue sometido a un estudio de Reducción a Temperatura Programada (TPR) y se evaluaron sus propiedades catalíticas para la oxidación total y/o parcial de metano. Los parámetros de celda estimados en el refinamiento son bastante próximos con los reportados en la literatura para series con composiciones cercanas. La reducción del material en H2  diluido ocurre en múltiples etapas y la descomposición comienza por encima de 800°C. En los estudios catalíticos el material actúa como catalizador para la oxidación total de metano incluso en atmósferas deficientes de oxígeno.

Introducción

Los principales problemas de las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC) están relacionados con la degradación de los materiales de los electrodos, así como de las interfaces electrodo-electrolito y electrodo-interconectado durante el funcionamiento a largo plazo o en condiciones transitorias. Esto hace que los procedimientos de calentamiento o enfriamiento sean a veces pesados y complejos. El ánodo de la pila de combustible sólido más utilizado es un cermet (compuesto de cerámica y metal) de níquel y circonio estabilizado con itria (YSZ). El cermet de Ni/YSZ se elige habitualmente por su bajo coste y su alta estabilidad química en la atmósfera reductora del ánodo; además, su coeficiente de expansión térmica es compatible con el del electrolito de YSZ. El níquel en el ánodo de cermet actúa como electrocatalizador para la oxidación electroquímica del hidrógeno y proporciona una alta conductividad electrónica. La fase YSZ proporciona la conductividad iónica al ánodo. El material debe ser altamente poroso para ayudar a aumentar el número de límites de triple fase (TPB) donde puede tener lugar la reacción.  Al mismo tiempo, la red de YSZ mantiene la dispersión de las partículas de níquel y actúa como inhibidor del crecimiento de los granos de metal durante la elaboración y el funcionamiento de la célula.