Síntesis, caracterización y evaluación eléctrica de circonatos de bario dopados con lantánidos trivalentes

Abstract

El circonato de bario es un material oxídico con estructura de tipo perovskita que muestra alta estabilidad química tanto en ambientes oxidantes como reductores, como en presencia de agua y dióxido de carbono; su conductividad ha permitido examinarlo como electrolito para celdas de combustible de óxido sólido encontrando buenos resultados, con la limitante de operar a temperaturas superiores a los 800 °C. Diversos investigadores han propuesto que es posible mejorar su conductividad eléctrica por modifi caciones en su composición química, en particular por dopaje con cationes trivalentes que reemplacen el circonio en el sitio B de la perovskita. En este estudio se sintetizó el circonato de bario por el método citrato amorfo a fi n examinar la posibilidad de obtenerlo en condiciones más favorables que las presentadas por el método de síntesis convencional (método cerámico o reacción de estado sólido). Se preparó circonato de bario dopado con europio, gadolinio, holmio, lantano, neodimio y praseodimio; la identifi cación de fases presentes se verifi có por difracción de rayos X (DRX), las propiedades eléctricas se examinaron por espectroscopía de impedancias (IS) a temperaturas entre 480 y 680 °C, con miras a evaluar su potencial uso como electrolito en celdas de combustible de óxido sólido. Los aportes de esta investigación se han centrado en el método de síntesis; en la obtención de polvos cerámicos de circonato de bario a temperaturas inferiores a las requeridas por el método cerámico; en la obtención de información química, estructural, morfológica y eléctrica de los materiales sintetizados. Se encontró la fase deseada en las condiciones de síntesis establecidas, así mismo, se aprecia un incremento signifi cativo en la conductividad de los sólidos dopados con lantano, holmio y europio en relación al material sin dopaje alguno.

Barium zirconate is an oxidic material having perovskite structure that exhibits high chemical stability in both oxidizing and reducing environments, such as in the presence of water and carbon dioxide, its conductivity has led to consider it as a electrolyte for solid oxide fuel cell fi nding good results, with the limitation of operating at temperatures above 800 °C. Several researchers have proposed that it is possible to improve their electrical conductivity by changes in chemical composition, particularly for doping with trivalent cations that replace the zirconium in B site of perovskite. In this study, barium zirconate was synthetized by the amorphous citrate method to examine the possibility of obtaining in more favorable conditions than those made by the conventional method of synthesis (ceramic method or solid state reaction) conditions are synthesized. Barium zirconate doped with europium, gadolinium, holmium, lanthanum, neodymium and praseodymium was prepared, the present phase identifi cation was verifi ed by X-ray diffraction (XRD), the electrical properties were examined by impedance spectroscopy (IS) at temperatures between 480 and 680 °C in order to evaluate its potential use as a fuel cell electrolyte in solid oxide. The contributions of this research has focused on the synthesis method, in the production of ceramic powders of barium zirconate at temperatures lower than those required by the ceramic method, in obtaining chemical, structural, morphological and electrical information of material synthesized. The desired phase synthesis conditions set found, also, a signifi cant increase is seen in the solid conductivity of doped lanthanum, holmium and europium zirconate of barium in relation to the material without doping.