La finalidad de este objetivo consiste en la preparación y caracterización estructural, eléctrica y electroquímica de nuevos materiales, electrodos o electrolitos, con mejores prestaciones para su uso en pilas de combustible tipo SOFC. Se estudiarán dos tipos de materiales: 

1. Óxidos de elementos de transición con estructuras derivadas de la estructura tipo perovskita de fórmula general AA’B_2xB’_xO_{5+ δ} (A= alcalinotérreo; A’= lantánido ó Y; B y B’ = elementos de transición) y con estructura derivada de la tipo K₂NiF₄ de fórmula general A_n+1B_nO_3n+1 (A= lantánido y B = elementos de transición y,
2. Estructuras macroporosas ordenadas de óxidos tipo Y₂O₃ZrO₂ y CeO₂ZrO₂ como soportes para dispersar nanopartículas de diferentes metales (Ni, Pt y Rh). 

 

Las actividades previstas para la consecución de los objetivos propuestos son:

Actividad 1: Preparación de los materiales mediante diferentes métodos de síntesis: método cerámico utilizando diferentes atmósferas (aire, Ar/O₂, Ar/H₂, Ar y O₂), métodos a partir de precursores en disolución y síntesis hidrotermal utilizando radiación de microondas.. Las estructuras porosas de Y₂O₃ZrO₂ y CeO₂ZrO₂ se prepararán mediante moldeado por réplica utilizando ordenamientos de partículas coloidales como plantilla y sales metálicas como precursores de los óxidos. Las nanopartículas metálicas serán incorporadas a las estructuras porosas mediante impregnación o infiltrando una disolución de una sal del metal junto con los precursores de zirconia/ceria o zirconia/ytria y posterior reducción.

 

Actividad 2: La composición química de los materiales y el estado de oxidación medio de los elementos de transición se evaluarán mediante técnicas como XEDS, EELS, valoración volumétrica y análisis termogravimétrico en distintas atmósferas incluyendo hidrógeno.. La difracción de rayos X de polvo nos permitirá tener un seguimiento del transcurso de la reacción y de la pureza de fases obtenidas.

Actividad 3: La caracterización estructural y microestructural de los materiales se realizarán mediante las técnicas de difracción de rayos X en polvo, difracción de electrones de área seleccionada (SAED) y microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM) y microscopía electrónica de barrido. En algunos casos se utilizará la técnica de STEM y el refinamiento estructural a partir de datos de difracción de neutrones.

Actividad 4:  El estudio de la textura de las estructuras nanoporosas se realizará mediante adsorción de gases a baja temperatura.

Actividad 5: La caracterización eléctrica y electroquímica se llevará a cabo mediante la combinación de diversas técnicas: método de Van der Pauw de cuatro puntas para determinar la conductividad total de los óxidos; determinación de resistencias de polarización a diversas temperaturas y comportamiento de los materiales como electrodos de pilas tipo SOFC mediante Espectroscopía de Impedancia Compleja en células de configuración simétrica y utilizando diferentes tipos de electrolitos.

Actividad 6: Se estudiará el comportamiento de los materiales con mejores prestaciones ensamblados en monoceldas frente a diferentes combustibles y en baterías Litio/Aire.

Los hitos previstos en el desarrollo del programa de investigación dentro de este objetivo son:

A los 18 meses:

1.  Consecución de  materiales con resistencias de polarización del orden del BaGdCo₂O_5+δ de menor coeficiente de expansión térmica y que se puedan utilizar como cátodos con diferentes electrolitos sólidos en pilas de combustible tipo SOFC.
   1. Preparación de los materiales,
   2. Caracterización estructural inicial
   3. Caracterización eléctrica y caracterización electroquímica inicial
   4. Artículos y congresos.
   5. Primera Tesis Doctoral.

A los 48 meses:

1. Consecución de materiales con alta área superficial y poros interconectados, en los que las nanopartículas metálicas estén suficientemente dispersas para conseguir alta actividad y eficiencia en las reacciones de electrodo.
   1. Caracterización estructural
   2. Caracterización electroquímica completa y
   3. Estudio de prestaciones en monoceldas con diferentes combustibles.
   4. Oferta tecnológica.
   5. Artículos y congresos.
   6. Segunda Tesis Doctoral.