Processing and characterisation of materials for solid oxide fuel cells

Resumen

Las pilas de combustible constituirán nuevas piezas clave en el ya complejo puzzle de energía. Pero antes, varios desafíos científicos y tecnológicos deben ser abordados y superados. Por un lado, logros tecnológicos deberán contribuir a rebajar costes y mejorar las eficiencias. A la vez, descubrimientos científicos revolucionarios podrían suponer la solución al os problemas y límites fundamentales. Esta tesis constituye nuestra contribución a estos grandes desafíos. Con ella, hemos intentado integrar aspectos tecnológicos y científicos de las pilas de combustible de óxido sólido (SOFCs, del inglés Solid Oxide Fuel Cells). El aspecto tecnológico del presente trabajo se centra en el procesado de materiales y la fabricación de SOFCs soportadas en ánodo mediante el tape casting, que es una técnica simple, económica y fácilmente implementable a nivel industrial. Una variante de esta técnica, el tape casting doble, nos ha permitido procesar bicapas electrolito-ánodo, a las cuales se les añade el cátodo por pulverizado o pintado. De sta forma se consiguen celdas con grosores de electrolito de YSZ (zircona estabilizada con itrio) reducido, de unas 20 micras, por lo que estas celdas se pueden aplicar a temperaturas intermedias (600-800ºC). Las medidas de las prestaciones de las celdas han mostrado que estas presentan buenas densidades de corriente y de potencia, llegado a 3.7Acm-2 y 700mWcm-2. Por lo que se refiere al aspecto más fundamental, hemos realizado estudios prospectivos en materiales alternativos al ánodo convencional, el cermet de Ni-YSZ. Los materiales estudiados son perovsquitas basadas en titanato de calcio sustituido con elementos de las tierras raras en la posición A y con vacantes en dicha posición. En este manuscrito se detalla la síntesis, caracterización estructural y caracterización electroquímica de estos óxidos. Además, hemos realizado medidas de las prestaciones de estos materiales como ánodos en celda de com