Proyectos
SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES ANÓDICOS PARA CELDAS DE COMBUSTIBLE DE ÓXIDO SÓLIDO
Resumen
Durante estas últimas décadas, ha surgido un importante interés por las denominadas fuentes alternativas de energía cuyo principal objetivo esta centrado en la preservación del medio ambiente y en la disminución de las emisiones contaminantes generadas por la incesante combustión de hidrocarburos fósiles y el empleo de técnicas ya obsoletas de obtención de energía; en este contexto han surgido diferentes alternativas cuyo principal obstáculo se ha centrado en los bajos rendimientos energéticos y en la falta de continuidad en el suministro de energía, bajo estas perspectivas, las celdas de combustible, han resultado sumamente importantes como una de las alternativas más destacadas de generación en varios sectores críticos y sensibles [1-3]. El dispositivo es conceptualmente muy simple, esta formado por dos electrodos separados por un electrolito que permite el paso de iones, pero no de electrones ni gases. En el electrodo negativo (ÁNODO), tiene lugar la oxidación del combustible (normalmente H2 o hidrocarburos livianos) y en el positivo (CÁTODO), la reducción del oxígeno del aire. Los iones (H+ en este caso), migran a través del electrolito mientras que los electrones (e-) circulan a través del circuito externo, generando una corriente eléctrica sin combustión [4-7], siendo un proceso eficiente y ambientalmente amigable; sin embargo la dificultad y el costo de su producción, radica en la separación de las fuentes primarias de alimentación, que requieren un alto grado de pureza y rendimiento. Así, aunque el principal combustible empleado sea el hidrógeno, en la actualidad solo se conocen dos formas de producción efectiva del mismo: Por electrólisis del agua y reformado de hidrocarburos [8-12], siendo esta última, una opción más económica y viable que la primera [13]. Sin embargo, si bien es cierto que la mayoría de celdas de combustible emplean hidrógeno suministrado externamente sin necesidad de realizar procesos de reformado, poseen la desventaja de emplear costosos catalizadores metálicos y estar drásticamente limitadas por efectos cinéticos y de contaminación que disminuyen las velocidades de reacción [14-18] y por tanto la efectividad de conversión del hidrógeno, lo cual no ocurre con las celdas de combustible de óxido sólido (SOFC), que son mas económicas; generan rendimientos considerablemente mayores y realizan el proceso de reformado internamente, siendo tolerantes a la presencia de contaminantes, manejando adicionalmente una gran flexibilidad en cuanto a la selección de combustibles [19-26], así como la disminución de los problemas relacionados con el manejo de los electrolitos, debido al empleo de componentes cerámicos [27] que no requieren la presencia de costosos catalizadores. Ahora, si bien las celdas de óxido sólido poseen mayores ventajas funcionales con respecto a las demás, el éxito de las mismas, esta representado en la naturaleza de sus componentes electródicos que han sido investigados ampliamente [28-43]; principalmente en el campo de los ánodos, considerados por varios autores [44-46] como uno de los componentes más importantes, debido a que se encargan de catalizar las reacciones de oxidación parcial o total del combustible; y aunque los principales avances en este campo se han orientado desde hace mas de cuarenta años al desarrollo de ánodos de ytrio estabilizados con zirconio (YSZ), dopados con níquel [47-49], por su excelente estabilidad termoquímica, alta conductividad iónica (O2-/H+) y resistividad mecánica [50], algunas desventajas tales como, la baja tolerancia a los sulfuros [51, 52] y deposición de carbón [53, 54], provocan inestabilidades que son observables fácilmente [55, 56], tendiendo a aglomerar grandes cantidades de grafito después de prolongados periodos de operación; condiciones bajo las cuales se incrementa la resistencia al flujo de corriente entre el cátodo y el ánodo; situación que pone de manifiesto que se necesitan nuevos materiales anódicos que no solo cumplan todas las condiciones establecidas para este material, sino, que también permitan disminuir las temperaturas de operación en función de reducir los tiempos de inducción de las celdas e incrementar la vida media de las mismas. Entre los materiales más prometedores para la construcción de ánodos se encuentran los óxidos policatiónicos con estructura tipo perovskita, basados en el sistema La1-xAxCr1-yByO3 (A = metales alcalinos, B = metales de transición); cuyas estequiometrías han provisto altos niveles de confiabilidad, estabilidad y conducción en atmósferas oxidantes y reductoras a elevadas temperaturas y en amplios rangos de presiones parciales de oxígeno (pO2), así como buenas propiedades catalíticas en el reformado de hidrocarburos ligeros como metano [57-65]. Por tanto el presente proyecto pretende generar un importante avance en cuanto al conocimiento, tecnología e implementación de materiales anódicos para dispositivos alternativos de producción de energía, mediante la síntesis de polióxidos con estructura tipo perovskita basados en el sistema La0.8Sr0.2Cr0.2Fe0.8O3, soportados en óxidos de cerio dopados con elementos de transición interna (Ce1-xLnxO2), para potencial aplicación en el reformado catalítico de metano, obtenidos a través de métodos no convencionales de síntesis; los cuales incluso pueden ser susceptibles de ser implementados como catalizadores en procesos de oxidación parcial o total de hidrocarburos livianos [66-68].
Convocatoria
Nombre de la convocatoria:CONVOCATORIAS EXTERNAS
Modalidad:PROYECTOS DE CONVOCATORIAS EXTERNAS
Responsable