Pilas de combustible de una sola cámara soportadas sobre el ánodo y basadas en electrolitos de ceria dopada con gadolinia

Abstract

[ES] La utilización de electrolitos soportados en el ánodo es una estrategia muy útil para mejorar las propiedades eléctricas de las pilas de combustible de óxido sólido, debido a que permiten disminuir considerablemente el espesor de los electrolitos. Para este trabajo, se han preparado exitosamente pilas de combustible de óxido sólido con electrolitos de ceria dopada con Gd, Ce1-xGdxO2-y (CGO) soportados sobre un ánodo formado por un cermet de Ni/CGO. Dichas pilas se han instalado y caracterizado en un reactor de una sola cámara donde se ha hecho circular una mezcla de propano y aire. Para ello, se han preparado mezclas de polvos de NiO y de ceria dopada con gadolinia, con diferentes composiciones y tamaño de partículas, para obtener los ánodos con porosidades apropiadas y así utilizarlos como soporte del electrolito en las pilas. Los polvos de los electrolitos de CGO se han preparado por la técnica sol-gel y se han depositado por “dip coating” con diferentes espesores (15-30 μm) utilizando una tinta preparada a partir de partículas nanométricas dispersadas en una resina comercial. Los cátodos de La1-xSrxCoO3-S (LSCO) se han preparado también por la técnica sol-gel y se han depositado sobre la capa fina del electrolito. Finalmente, las propiedades eléctricas se han determinado en un reactor de una sola cámara dónde el propano se ha mezclado con aire sintético por encima del límite superior de inflamabilidad. En estas condiciones experimentales se han obtenido altas densidades de potencia estables, controlando las velocidades de flujo total de gas transportador y la presión parcial de propano.

[EN] The utilization of anode supported electrolytes is a useful strategy to increase the electrical properties of the solid oxide fuel cells, because it is possible to decrease considerably the thickness of the electrolytes. We have prepared successfully singlechamber fuel cells of gadolinia doped ceria electrolytes Ce1-xGdxO2-y (CGO) supported on an anode formed by a cermet of Ni-CGO. Mixtures of precursor powders of NiO and gadolinium doped ceria with different particle sizes and compositions were analyzed to obtain optimal bulk porous anodes to be used as anode supported fuel cells. Doped ceria electrolytes were prepared by sol-gel related techniques. Then, ceria based electrolytes were deposited by dip coating at different thickness (15-30 µm) using an ink prepared with nanometric powders of electrolytes dispersed in a commercial liquid polymer. Cathodes of La1-xSrxCoO3-S (LSCO) were also prepared by sol-gel related techniques and were deposited by dip coating on the electrolyte thick films. Finally, electrical properties were determined in a single-chamber reactor where propane as fuel was mixed with synthetic air above the higher explosive limit. Stable density currents were obtained in these experimental conditions, but flow rates of the carrier gas and propane partial pressure were determinants for the optimization of the electrical properties of the fuel cells.