Síntesis de cerámicas conductoras de protón por Flame Spray Pyrolysis

Autor/a

Soriano Hernández, Iván Gaspar                                                   

Abstract

Actualmente, diversos sectores industriales necesitan una monitorización a tiempo real de hidrógeno o sus isótopos, tal y como ocurre en los procesos a altas temperaturas de la industria metalúrgica o en la futura tecnología de fusión nuclear. Como respuesta a la falta de dispositivos comerciales capaces de realizar mediciones in-situ dadas las condiciones adversas de operación, han surgido prototipos de sensores de hidrógeno basados en electrolitos de estado sólido. Estos materiales disponen de ciertas estructuras cristalinas que presentan conductividad iónica, como es el caso de la cerámica de tipo perovskita Sr(Ce0,9Zr0,1)0,95Yb0,05O3-δ, seleccionada para el desarrollo del presente Trabajo de Fin de Máster por sus prometedoras propiedades afines a la conductividad del protón. Con ello, se inicia un estudio sobre la influencia del tamaño de partícula inicial de esta cerámica en la fabricación y propiedades de un sensor de hidrógeno a partir de ésta. Con la finalidad de alcanzar la nanoescala en la síntesis de partículas cerámicas, se simuló con el software SolidWorks un reactor tubular calefactado mediante resistencia eléctrica. El diseño final obtenido de las simulaciones resultó ser inconveniente por factores técnicos relacionados con su construcción y operación, por lo que el sistema fue descartado. Como alternativa fue desarrollado un sistema de Flame Spray Pyrolysis. Todos los componentes de este montaje fueron adquiridos y se probaron los sistemas de control de gases, combustión y drenaje. Se requiere de futuros trabajos para terminar por completo el sistema de extracción y filtrado de partículas, así como de experimentación con el proceso de síntesis por llama. Se sintetizó la cerámica Sr(Ce0,9Zr0,1)0,95Yb0,05O3-δ mediante vía húmeda de síntesis de citrato. El polvo producto fue caracterizado mediante DRX, microscopía SEM y difracción láser, concluyendo que el polvo cerámico estaba formado por partículas de varios tamaños, 1,46μm (en un 27%), 12,39μm (41%) y 200,01μm (32%).
Posteriormente, se conformó una pieza cerámica en forma de pastilla y se sinterizó. Tras su caracterización, se utilizó para construir un sensor de H2 con el que se llevaron a cabo medidas amperométricas a 500ºC y 600ºC, aplicando 2V y 4V. Se comprobó la influencia de estos parámetros en la respuesta del sensor y se obtuvieron valores de sensibilidad. Posteriormente, se sintetizó la misma cerámica mediante la vía húmeda de glicina. Tras caracterizar el polvo obtenido con resultados positivos,  pudo comprobarse que esta técnica permite obtener un tamaño de partícula mayoritario de 18,10μm (67% del total). Por último, se conformó, sinterizó y caracterizó una pieza cerámica a partir de éste.

Director/a

Colominas Fuster, Sergi
Abellà Iglesias, Jordi

Estudios

IQS SM - Máster en Ingeniería Química

Fecha

2020-07-15