50 Óxidos avanzados para Pilas de Combustible 0.4 0...0.8 1.0 1.2SrCo 0.95 Sb 0.05 O 3 dry H 2...
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20 40 60 80 100 120 140 160
MATERIAL de ANODO
NPD
Pbnm
Ca(V4+
0.5Mo
4+
0.5)O
3
Inte
nsity (
a. u
.)
2 (deg)
0 200 400 600 800 10000
50
100
150
200
250
300
350
400
Cátodo
SrCo0.90
Sb0.10
O3
T ( ºC)
(
Sc
m-1)
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.80.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2 SrCo0.95
Sb0.05
O3
dry H2
800ºC
850ºC
750ºC
pow
er
density
(W/c
m2)
cell
voltage (
V)
Current density (A/cm2)
0.0
0.2
0.4
0.6
Caracterización de Materiales
Difracción de rayos X y neutrones
Análisis térmico ATD y TG
Medidas de ConductividadEléctrica (ac/dc)
Análisis Dilatométrico
Test en Celda…más información
200 400 600 800 1000
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
Sr0.8
Ba0.2
CoO2.5 780º
895º
610º430º
250º
cooling
cooling
cooling
heating
heating
AT
D (
V)
Temperature (ºC)
200 400 600 800 100099.5
100.0
100.5
101.0
101.5
102.0
cooling
cooling
heating
heating
Sr0.8
Ba0.2
CoO2.5
TG
(%
)
Temperature (ºC)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
L
/L0 (
%)
T (ºC)
y =0,25
y =0,1
y =0,5
y =0,75
y =1
Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid
Óxidos avanzados para Pilas de Combustible
Perovskita
Prensa de pistón-cilindro
Lower RAM (-)
Upper RAM (+)
water cooling
thermocouple
CW piston
(3/4’’)
Pressure
Vessel
CW
graphite heater pyrex (pressure medium)
BN
pyrophyllite cup
temperature control
MgO
+
-
SOL: Solución de los metales involucrados
GEL: Resina, con distribución aleatoria de los cationes
Precursores altamente reactivos
Eliminación mat. orgánica
Reacción en estado sólido
Alta presión hidrostática (35kbar y 1400 ºC)
e-
e-
CombustibleReducción H2 + O2- => H2O + 2e-
AireOxidación ½ O2 + 2e- => O2-
Electrolito denso O2-O2-
Reacción global: H2 + 1/2O2 H2O G = 238 kJ/mol
Electrodos: Conductores mixtos (e-, O2-)Electrolito: Conductor puramente iónico (O2-)
Pila de combustible
Tipos de Pilas
Materiales para Pilas
Ánodos
Cermet (composite)Perovskitas
Cátodos
Perovskitas, Ruddlesden-Popper
Electrolitos
Fluoritas, Perovskitas
Aplicaciones tecnológicasGeneración de electricidad en centrales de gran potencia.Sistemas de propulsión en el sector urbano.Sistemas de cogeneración de energía.
Métodos de síntesis
Cerámicos
Vía húmeda: Sol-Gel
Alta Presión
Alta presión de O2
300 bares 1000ºC
Fluorita Laminar
Una pila de combustible genera energía eléctrica por un proceso electroquímico con mucho mayor rendimiento que la combustión
Pilas de óxido sólido: los electrodos y el electrolito son óxidos metálicos
600-1000 ºCÓxido sólidoÓxido sólido (SOFC)
600-700 ºCCarbonato Li, KCarbonatos fundidos (MCFC)
200-220 ºCÁcido fosfóricoÁcido fosfórico (PAFC)
50-100 ºCKOHAlcalina (AFC)
60-80 ºCPolímero sólidoElectrolito polimérico (PEMFC)
Temperatura de operaciónElectrolitoTipos de pilas de combustible
600-1000 ºCÓxido sólidoÓxido sólido (SOFC)
600-700 ºCCarbonato Li, KCarbonatos fundidos (MCFC)
200-220 ºCÁcido fosfóricoÁcido fosfórico (PAFC)
50-100 ºCKOHAlcalina (AFC)
60-80 ºCPolímero sólidoElectrolito polimérico (PEMFC)
Temperatura de operaciónElectrolitoTipos de pilas de combustible
1.- A. Aguadero et al. Dalton Transactions 2006, 4377-43832.- A. Aguadero et al. Chemistry of Materials2007, 19, 6437-64443.- J.A. Alonso et al. Progress in solid state chemistry, 2008, 36, 134-1504.- A. Aguadero et al. Journal of Power Sources 192 (2009), pp. 78-83