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Ceria dopada con gadolinio

El ceria dopado con gadolinio (GDC) (conocido alternativamente como ceria dopada con gadolinio , óxido de cerio dopado con gadolinio (GCO) , óxido de cerio-gadolinio (CGO) u óxido de cerio (IV), dopado con gadolinio , fórmula Gd:CeO 2 ) es un electrolito cerámico utilizado en celdas de combustible de óxido sólido (SOFC). Tiene una estructura cúbica y una densidad de alrededor de 7,2 g/cm 3 en su forma oxidada. [1] Es uno de una clase de electrolitos dopados con ceria con mayor conductividad iónica y temperaturas de operación más bajas (<700 °C) que las de la zirconia estabilizada con itria , [2] el material más comúnmente utilizado en SOFC. Debido a que el YSZ requiere temperaturas de funcionamiento de 800 a 1000 °C para lograr la máxima conductividad iónica, la energía y los costos asociados hacen que el GDC sea un material más óptimo (incluso "irreemplazable", [3] según los investigadores de la Sociedad Fraunhofer ) para las SOFC comercialmente viables.

Estructura y propiedades

Las vacantes de oxígeno se crean cuando se introduce gadolinio (un catión trivalente) en ceria (CeO 2 , con Ce en el estado de oxidación 4+) o en la reducción en CO o H 2 . [1] La alta concentración y movilidad de las vacantes de iones de óxido da como resultado una alta conductividad iónica en este material. Además de su alta conductividad iónica, el GDC es una alternativa atractiva al YSZ como electrolito debido a la baja reactividad y buena compatibilidad química con muchos materiales de cátodo conductores mixtos. [4] Los niveles de dopante de Gd suelen oscilar entre el 10% y el 20%. La mayoría de los investigadores y fabricantes de SOFC todavía prefieren el uso de YSZ sobre CGO debido a que YSZ tiene una resistencia superior y porque el GDC se reducirá a alta temperatura cuando se exponga a H 2 o CO. [1]

Síntesis

Los métodos de síntesis han incluido precipitación , [5] tratamiento hidrotermal, sol-gel , técnica de pirólisis por pulverización (SPT), [6] combustión [7] y nanocasting [8] utilizando fuentes de cerio como nitrato de cerio , nitrato de amonio cérico , [9] oxalato de cerio , carbonato de cerio e hidróxido de cerio. [8] El GDC se ha sintetizado en formas tales como polvo, tinta, discos y nanomateriales (incluyendo nanopartículas , nanocristales, nanopolvos y nanocables). [10]

Aplicaciones

Además de las SOFC, la GDC tiene otros usos:

Véase también

Referencias

  1. ^ abc Badwal, SPS; Fini, D.; Ciacchi, FT; Munnings, C.; Kimpton, JA; Drennan, J. (2013). "Estabilidad estructural y microestructural del electrolito de ceria-gadolinia expuesto a ambientes reductores de celdas de combustible de alta temperatura". Journal of Materials Chemistry A . 1 (36): 10768. doi :10.1039/c3ta11752a.
  2. ^ "Ceria dopada con gadolinia GDC | Proveedor e información de AMERICAN ELEMENTS ®". Americanelements.com. 24 de agosto de 2010. Consultado el 16 de agosto de 2013 .
  3. ^ "Publica". Publica.fraunhofer.de . Consultado el 16 de agosto de 2013 .
  4. ^ Garche, Jurgen. et al., ed. Enciclopedia de fuentes de energía electroquímica. Oxford: Newnes, 2009.
  5. ^ "Estudio comparativo del tamaño medio de los cristales de ceria dopada con gadolinio sintetizados por diferentes métodos" (PDF) . Sbpmat.org.br . Consultado el 16 de agosto de 2013 .
  6. ^ "Fabricación de media celda de ceria dopada con 10 % de Gd (GDC)/NiO-GDC para celdas de combustible de óxido sólido de temperatura baja o intermedia mediante pirólisis por pulverización" . Consultado el 16 de agosto de 2013 .
  7. ^ Luo, Dan; Luo, Zhongyang; Yu, Chunjiang; Cen, Kefa (2007). "Estudio sobre los comportamientos de aglomeración y densificación de la cerámica de ceria dopada con gadolinio". Journal of Rare Earths . 25 (2): 163–167. doi :10.1016/S1002-0721(07)60066-0.
  8. ^ ab Rossinyol, Emma, ​​et al. "Nanocristales de ceria dopados con gadolinio sintetizados a partir de sílice mesoporosa". J Nanopart Res (2008) 10:369–375 doi :10.1007/s11051-007-9257-z
  9. ^ Halmenschlager, CM; Neagu, R.; Rose, L.; Malfatti, CF; Bergmann, CP (1 de febrero de 2013). "Influencia de los parámetros de proceso en la técnica de pirólisis por pulverización, en la síntesis de películas delgadas de ceria dopada con gadolinio". Boletín de Investigación de Materiales . 48 (2): 207–213. doi :10.1016/j.materresbull.2012.09.073. ISSN  0025-5408.
  10. ^ Bocchetta, Patrizia; Santamaria, Monica; Di Quarto, Francesco (2012). "Electrodeposición de nanocables de solución sólida de ceria dopados con gadolinio soportados". Revista de la Sociedad Electroquímica . 159 (5). Jes.ecsdl.org: E108–E114. doi :10.1149/2.005206jes.