Grain Boundaries In Doped-Ceria Nanofilms Used As Electrolytes For It-Sofc Fuel Cells

Abstract

Las cerámicas de ceria (CeO2), dopadas con Y2O3 (CYO) o con samaria Sm2O3 (CSO son consideradas como materiales promisorios para electrolitos sólidos de celdas de combustible de tipo SOFC- Solid Oxide Fuel Cells, debido a su alta conductividad por iones oxígeno. Los requerimientos necesarios para electrolitos de las pilas de combustible son: estabilidad química, alta conductividad, condiciones adecuadas de sinterizado, alta densidad y ausencia de porosidad abierta. En este trabajo, se utilizó CeO2 dopada con 10% molar de samaria, material ya estudiada en algunos aspectos por los autores, tratándoselo térmicamente por “fast-firing” durante un corto tiempo (3 min) a 850ºC y a 1450ºC para producir el sinterizado del material. En el DEINSO-CITEDEF se realiza una planificación completa de los efectos del “fast-firing” para comprender el comportamiento de estas cerámicas, estudiando: el crecimiento de grano; velocidad de sinterizado, cambios en las características de los bordes de grano, tamaño de cristalitas, densidad de poros, densificación e interacción de defectos. En este trabajo, se consideran especialmente, los efectos del “fast-firing” respecto de la estructura de los bordes de grano para contribuir a lograr electrolitos sólidos que exhiban mayor estabilidad y mejor calidad. La caracterización de las cerámicas fue realizada por técnicas de adsorción BET, DRX, SEM and HRTEM.Ceria (CeO2) ceramics as doped with Y2O3 (CYO) or with Sm2O3 (CSO) are considered promisingmaterials as electrolytes for SOFCs Solid Oxide Fuel Cells due to their high conductivity by oxygen ions.The necessary requirements for fuel cells electrolytes are chemical stability, high conductivity,convenient sintering conditions, high density and absence of open porosity. In this work, the alreadystudied materials in some aspects by the authors: doped CeO2 with molar 10% samaria, was thermallytreated by fast-firing for a short time (3 min) at 850oC and at 1450oC to produce the material sintering.A complete planning of the fast-firing effects to understand these ceramics defects behavior isperformed at DEINSO-CITEDEF, studying: the grain growth, sintering velocity, changes in the grainboundaries, crystallites size measurements, pores density, densification and defects interaction. In thiswork, the fast-firing effect on grain boundaries structure is considered.This study also contributes to synthesize solid electrolytes with higher chemical stability and improvedquality. The ceramics characterization was performed by BET adsorption techniques, XRD, SEM andHRTEM.