Estudio del proceso de sinterización de componentes cerámicos para pilas de combustible de óxidos sólidos

Abstract

Se han preparado láminas delgadas (inferior a 100 μm) de circona estabilizada con escandia y ceria (10Sc2O3∙1CeO2∙89ZrO2) para ser utilizadas como electrolito en SOFC. Se han optimizado las diferentes etapas del proceso de obtención: preparación de la suspensión, conformado por colado en banda, ciclo térmico para eliminar la materia orgánica y ciclo de sinterización.

Para medir la conductividad iónica se han prensado probetas cilíndricas y se han sinterizado en las mismas condiciones que las láminas, obteniendo una conductividad iónica total por EIS de 0,022 y 0,0574 S/cm, a 600 y 700ºC respectivamente.

Se han determinado además las propiedades porosidad, tamaño de los microcristales y resistencia mecánica a la flexión.

Para mejorar la resistencia mecánica de las láminas se han preparado mezclas de 10Sc2O3∙1CeO2∙89ZrO2 con 3Y2O3.97 ZrO2, por una parte, α‐Al2O3 por otra. En ambos casos, se incrementó dicha propiedad, pero se redujo la conductividad a las temperaturas de operación.

Thin, flat sheets (less than 100 μm thick) of ceria-doped scandia-stabilized zirconia (10Sc2O3∙1CeO2∙89ZrO2) have been prepared for use as SOFC electrolytes. The different stages of the process, such as preparing the suspension, tape casting, burning out the organic additives and sintering the zirconia films, have been optimized.

To measure the ionic conductivity, cylindrical specimens of the same material have been pressed and sintered at the same temperatures as the sheets. Total ionic conductivity, measured by EIS, has been as high as 0.022 and 0.0574 S/cm, at 600 and 700°C respectively.

Microstructural properties such as porosity, grain size and mechanical strength, have been determined.

To improve the mechanical strength of the sheets, ceria-doped scandia-stabilized zirconia has been mixed either with 3Y2O3.97 ZrO2 or with α-Al2O3. Both additives have been found to increase mechanical strength but decrease the ionic conductivity at the working temperatures of 600 and 700 °C