Effect of type and amount of alumina as dopant over the densification and the electrical properties of zinc oxide ceramic electrodes

Abstract

Aluminum-doped zinc oxide (AZO) electrodes can be a good alternative to replace the expensive electrodes (Ti, ITO, FTO, etc.), which are used in the electrooxidation process to remove refractory and emergent contaminants from industrial wastewaters. AZO electrodes have been prepared by the traditional ceramic method using ZnO as the main raw material and different precursors of Al2O3 as dopant sources. Densification, microstructure and electric resistivity of AZO electrodes are a function of precursor's nature and sintering thermal treatment. The higher the number of precursor's particles and the smaller their size, the sintering temperature needed to attain high densifications and low resistivities shifted to higher values. Micrometric and colloidal alumina were the precursors which allowed to equilibrate an affordable sintering temperature interval (1200–1300 °C) with acceptable densification and resistivity values (around 95% and 5 × 10−3 Ω cm, respectively). However, colloidal alumina made it possible to obtain slightly lower values of resistivity at the cost of having a narrower working interval.

En este trabajo de investigación se presentan electrodos cerámicos de óxido de zinc dopado con aluminio (AZO) como alternativa a los actuales electrodos de titanio (ITO, FTO…) utilizados en el proceso de electrooxidación de aguas residuales para la eliminación de contaminantes refractarios y emergentes. Estos electrodos AZO han sido preparados mediante el método tradicional cerámico, utilizando ZnO como materia prima principal y diferentes precursores de Al2O3 como dopantes. La densificación, la microestructura y la resistividad eléctrica de estos electrodos son propiedades que están directamente relacionadas con la naturaleza del precursor y con el tratamiento térmico utilizado para su sinterización. Cuanto mayor es el número de partículas del precursor y menor es su tamaño, la temperatura de sinterización necesaria para lograr altas densificaciones y bajas resistividades cambia a valores más altos. Fueron la alúmina micrométrica y la coloidal los dopantes que ofrecieron un buen equilibrio entre temperatura de sinterización (1.200–1.300 °C) y densificación-resistividad (95% y 5·10−3 Ω cm, respectivamente). Concretamente en el caso de la alúmina coloidal, se pudieron optimizar estos resultados estrechando el intervalo de temperatura de trabajo.