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Síntesis y caracterización estructural de óxidos de hierro e itrio con sustituciones de circonio, níquel o cobre, para su potencial aplicación como electrodos en celdas de óxido sólido

Abstract

Dentro de los dispositivos usados en las tecnologías para la transición energética, las celdas de óxido sólido (SOC) son dispositivos electroquímicos de alta temperatura que se destacan por sus altos porcentajes de eficiencia. El rendimiento de las SOC depende del buen desempeño de sus componentes principales: ánodo, cátodo y electrolito, los cuales, deben tener propiedades electrocatalíticas adecuadas para las reacciones de interés, estabilidad química y compatibilidad entre ellos en un rango de 500 a 1000°C. Encontrar materiales que cumplan con todos los requisitos es el principal reto en el desarrollo de estos dispositivos. En este trabajo, se planteó la síntesis a través del método sol gel de materiales de composición YFe2-XMXO4 y Y1-WZrWFe1-XMXO3, con M: Ni o Cu y se evaluó su estabilidad térmica y compatibilidad química con el electrolito circona estabilizada con oxido de itrio (YSZ), para su posible aplicación como electrodo de aire en SOC. Con este propósito, los materiales fueron caracterizados mediante termogravimetría, difracción de rayos X y se realizaron refinamientos de Rietveld. En las condiciones de síntesis empleadas, fue posible obtener ortoferritas (YFeO3) de grupo espacial Pnma con presencia de algunas fases secundarias que no son perjudiciales para su aplicación como electrodo de aire. No obstante, en las pruebas de compatibilidad de los materiales se evidenció formación de una fase con alta resistividad (Y3Fe5O12) y luego de ciclos de calentamiento continuos, los materiales presentaron cambios estructurales, lo cual limita su uso como electrodo.