Efecto de la temperatura en los electrolitos de YSZ obtenidos por proyección térmica para las pilas de combustible de óxido solido

Abstract

Las pilas de combustible son sistemas electroquímicos en los cuales la energía química se transforma directamente en electricidad a través de una reacción redox. Una pila de combustible permite producir electricidad en continuo ya que funciona mientras el combustible y el oxidante le sean suministrados. Uno de sus beneficios más relevantes es que no emite contaminantes. Las pilas de óxido solido (Solid Oxide Fuel Cell - SOFC) son un tipo de pila que se basa en la capacidad de ciertos óxidos en conducir los iones óxido a temperaturas moderadamente altas (600-1000ºC). Este tipo de pila permite alcanzar eficiencias de hasta un 85% con la cogeneración. Uno de los objetivos que se persigue en las SOFC es la disminución de la temperatura de trabajo en servicio. Una de las vías para cumplir con este objetivo es mediante la aplicación de nuevas técnicas y materiales que sustituyan a las que se utilizan en la actualidad. En este sentido, se pretende incorporar en la fabricación de las pilas SOFC, técnicas hasta ahora empleadas en otros ámbitos de la ingeniería, este es el caso de las técnicas de proyección. Diferentes estudios recientes ponen de manifiesto que las técnicas de proyección son adecuadas para la obtención del electrolito de circona YSZ (Yttria stabilized zircona). En concreto, la técnica HVSFS (High Velocity Suspension Flame Spraying) se presenta como candidata para la obtención de capas de electrolito muy delgadas y muy densas las cuales cumplen con los requerimientos que exigen el electrolito de una pila SOFC. El objetivo del proyecto es caracterizar el electrolito y conocer su adherencia al ánodo en condiciones de servicio. Para ello, se han realizado tratamientos isotérmicos y cíclicos a 800°C durante distintos periodos de tiempo y/o ciclos (300-900h/ciclos). Las muestras tratadas se han analizado por diferentes métodos de caracterización microestructural mediante microscopia óptica, láser confocal, microscopia electrónica de barrido, difracción de rayo-X, ensayos de rugosidad y microdureza. También se han llevado a cabo ensayos de rayado para determinar la adherencia del electrolito al sustrato, en este caso al interconector. Los resultados del proyecto ponen de manifiesto la influencia de los tratamientos térmicos sobre la degradación del electrolito. Aunque los tratamientos térmicos no provocan modificaciones de las fases cristalinas de la circona y de la rugosidad de las capas, tienen impacto en la fragilidad del recubrimiento. Como consecuencia la adherencia del electrolito al sustrato disminuye de forma significativa. Estos fenómenos de degradación tienen lugar en mayor grado para muestras sometidas a tratamientos cíclicos en comparación con los tratamientos isotérmicos a la misma temperatura y duración de mantenimiento.