En esta tesis se estudiaron las propiedades electroquímicas y la estabilidad de fases de
los compuestos La1-xBaxCoO3-g con 0.0 ≤ x ≤ 1.0 para su utilización como material de
cátodo. Se determinó el diagrama de fases y la estabilidad de la estructura cristalina
perovskita cúbica en aire. Medidas de conductividad eléctrica, dilatometría,
termogravimetría y espectroscopía de impedancia compleja se utilizaron para evaluar y
relacionar las distintas propiedades con el rendimiento catódico. La muestra con x = 0.7
presentó el mejor desempeño como electrodo con un valor de resistencia de polarización
de Rp = 0.065 Ωcm2 a 600 ºC, en aire, cuando se utiliza una configuración de electrodo
con gradiente de composición.
La estructura perovskita cúbica de las muestras del sistema La1-xBaxCoO3-g con alto
contenido de Ba resultaron tener una transformación de fase hacia una estructura
hexagonal a temperatura intermedia. Con el objetivo de estabilizar la estructura cristalina
cúbica se realizó el reemplazo de Co por Fe en el sitio B de la perovskita. De esta manera
se estudio el diagrama de fase del sistema La1-xBaxCo1-yFeyO3-g con 0.7 ≤ x ≤ 0.9 y 0.1 ≤
y ≤ 0.6. Se observó que el contenido necesario para estabilizar la fase con estructura
perovskita cúbica aumenta desde y = 0.3 hasta y = 0.6 cuando el contenido de Ba
aumenta desde x = 0.7 hasta x = 0.9. Sobre las muestras estabilizadas se evaluaron los
coeficientes de expansión, el contenido de oxígeno y la respuesta electroquímica en
función de la temperatura y la presión parcial de oxígeno.
Finalmente se estudió la influencia en la Rp de la microestructura, configuración y
composición del electrodo mediante el uso de las cobaltitas del sistema La1-xBaxCoO3-g
con x = 0.5, 0.7 y 1.0, Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-g y BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-g y el uso de
electrodos con gradientes de composición y material compuesto, con Ce0.9Gd0.1O1.95
como material de electrolito. El valor de Rp mostró mayor dependencia con la
configuración del electrodo que de la composición y microestructura del material
utilizado. Los menores valores de Rp se obtuvieron para las cobaltitas de La0.5Ba0.5CoO3-g
y Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-g con la configuración de electrodo con gradiente de composición,
con Rp = 0.036 y 0.039 Ω cm2 a 600 ºC, en aire, respectivamente. / In this thesis, the electrochemical properties and phase stability of La1-xBaxCoO3-g system
with 0.0 ≤ x ≤ 1.0 as cathode material for IT-SOFC were studied. The phase diagram and
the stability of the cubic perovskite crystal structure were determined in air.
Measurements of electrical conductivity, dilatometry, thermogravimetry and complex
impedance spectroscopy were used to evaluate the different properties and relate with the
cathode performance. The samples with x = 0.7 have shown the best performance as
electrode with a polarization resistance value of Rp = 0.065 Ωcm2 at 600 °C, in air, when
a graded cathode configuration was used.
The cubic perovskite phases in the La1-xBaxCoO3-g system with high Ba content (x > 0.5)
were found to have a phase transformation to a hexagonal structure at intermediate
temperature. In order to stabilize the cubic crystal structure, the substitution of Co for Fe
was performed in the B site of the perovskite. Thus the phase diagram of
La1-xBaxCo1-yFeyO3-g system with 0.7 ≤ x ≤ 0.9 and 0.1 ≤ y ≤ 0.6 was studied. It was
observed that the content needed to stabilize the perovskite phase with cubic structure
increases from y = 0.3 to y = 0.6 when the Ba content increases from x = 0.7 to x = 0.9.
The expansion coefficients, the oxygen content and the electrochemical response as a
function of temperature and oxygen partial pressure were evaluated for the stable cubic
perovskites.
Finally, the effect of the microstructure, composition and electrode configuration on the
polarization resistance of the compounds La1-xBaxCoO3-g with x = 0.5, 0.7 and 1.0, and
Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-g and BaCo0.7Fe0.2Nb0.1O3-g was studied using a graded electrode
configuration with Ce0.9Gd0.1O1.95 as electrolyte. The results indicate that the electrode
configuration is more important than the composition and the microstructure of the
material in order to reduce the polarization resistance. The lower values of Rp were
obtained for the cobaltites La0.5Ba0.5CoO3-g and Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-g using the graded
cathode electrode configuration. The values were Rp = 0.036 and 0.039 Ωcm2 at 600 °C
in air, respectively.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uns.edu.ar/oai:repositorio.bc.uns.edu.ar:123456789/3625 |
| Date | 19 March 2014 |
| Creators | Martínez-Setevich, Cristian F. |
| Contributors | Prado, Fernando, Caneiro, Alberto |
| Publisher | Universidad Nacional del Sur |
| Source Sets | Universidad Nacional del Sur |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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