Tesis doctoral de Aitor Hornes Martinez
Las pilas de combustible son dispositivos electroquímicos muy eficientes en la conversión de la energía química contenida en un combustible a energía eléctrica. Dentro de propuestas en el ámbito de «la economía del hidrógeno», estos sistemas presentan unas características óptimas para la transformación de dicho hidrógeno en energía eléctrica. Sin embargo, mientras que la producción de este combustible en cantidades suficientes como para abastecer la demanda mundial a partir de fuentes renovables de energía no esté resuelta, se plantean soluciones transitorias para conseguir éste y, asimismo, ir allanando el camino para su instauración futura como vector primario de energía. Una de las soluciones propuestas a este problema pasa por el empleo de hidrocarburos para la producción de hidrógeno y/o energía eléctrica directamente. Las ventajas del uso de estos combustibles son obvias, ya que existe la oferta y las infraestructuras necesarias para su utilización.%&/En este contexto, el trabajo realizado en la presente tesis doctoral ha consistido en el desarrollo de catalizadores aplicables como ánodos de pilas de combustible de óxido sólido (sofc) para la oxidación directa de metano. Los materiales preparados han sido composites compuestos por una fase metálica y otra cerámica, denominados usualmente cermets. A este respecto, con el objetivo de alcanzar el mayor grado de consecución de los requisitos que deben cumplir estos materiales se han estudiado diferentes combinaciones que incluyen modificaciones en ambas fases, considerando un cermet de partida cu-ceo2. De este modo, los catalizadores finalmente empleados para su estudio en celdas de combustible han consistido en cermets de cuni o cufe combinados con ceo2 u óxidos mixtos relacionados (ce-gd o ce-tb).%&/En esta tesis doctoral, debido a la elevada complejidad de los materiales finales, se ha comenzado por el análisis sistemático de las propiedades iniciales y la actividad catalítica frente a la interacción con metano seco, de los materiales de referencia: los óxidos basados en ceo2 y los óxidos bimetálicos de cuni y cufe. Seguidamente, se han evaluado las modificaciones generadas tanto en las características estructurales, morfológicas y texturales, como en el comportamiento catalítico de los sistemas al formar los respectivos cermets. En este sentido, con el fin de poder aislar las diferentes contribuciones se ha estudiado, por separado, la actividad de cermets mono- y bimetálicos.%&/En concreto, en la caracterización inicial de los catalizadores preparados se han empleado las siguientes técnicas: icp-aes, txrf, xrd, espectroscopía raman y la medida de la superficie específica. Para la actividad catalítica, se han realizado ensayos de reducción a temperatura programada con metano seco (ch4-tpr). Para la caracterización posterior de los materiales usados se han empleado: xrd, espectroscopía raman, oxidación a temperatura programada (tpo), espectroscopía xps. Además, con el objetivo de entender qué factores condicionan a escala atómica el comportamiento de algunos sistemas más característicos, se han realizado experimentos in situ de espectroscopía de absorción de rayos x (ch4-tpr/xanes/ms).A su vez, se ha empleado la espectroscopía exafs para el análisis posterior de dichos sistemas. Hay que destacar, igualmente, la realización de ensayos de intercambio isotópico de oxígeno a temperatura programada (18o2-tpie) que han mostrado las diferencias existentes en los mecanismos de intercambio de iones oxígeno en función de la configuración de los materiales preparados. Finalmente, tras un escrutinio de las propiedades mostradas por los cermets en los diferentes ensayos, se han escogido dos sistemas con los cuales, tras la preparación de los correspondientes sándwiches cátodo/electrolito/ánodo empleando para ello la técnica conocida como tape-casting, se han realizado ensayos en monocelda, pudiendo evaluar el comportamiento en condiciones realistas de uso y mostrando resultados óptimos en alguno de los casos para el objetivo propuesto. El estudio de las propiedades de los cermets en las monoceldas se completó mediante el análisis de curvas de polarización y espectroscopía de impedancia compleja (eis).
Datos académicos de la tesis doctoral «Cermets bimetálicos de cuni o cufe combinados con ceo2 u oxidos mixtos relacionados (ce-gd y ce-tb) aplicables como ánodos de pilas de combustible sofc para oxidación directa de metano.«
- Título de la tesis: Cermets bimetálicos de cuni o cufe combinados con ceo2 u oxidos mixtos relacionados (ce-gd y ce-tb) aplicables como ánodos de pilas de combustible sofc para oxidación directa de metano.
- Autor: Aitor Hornes Martinez
- Universidad: Autónoma de Madrid
- Fecha de lectura de la tesis: 17/12/2010
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Arturo Martínez Arias
- Tribunal
- Presidente del tribunal: guillermo Munuera contreras
- Antonio ricardo Guerrero ruiz (vocal)
- enrique Rodriguez castellon (vocal)
- marcos Fernández García (vocal)