Estudio de la técnica flash sintering en materiales para celdas de combustible de óxido sólido de baja temperatura.

Abstract

La técnica flash sintering es un método de sinterización asistido por campo eléctrico, que permite la obtención de materiales cerámicos altamente densificados, en muy pocos segundos y a temperaturas menores a las requeridas mediante técnicas convencionales de sinterización, permitiendo un considerable ahorro de tiempo y energía. En el presente trabajo, la técnica flash sintering fue aplicada sobre materiales utilizados en celdas de combustible de óxido sólido (SOFC) de temperatura intermedia. En primera instancia, se aplicó sobre el óxido conductor iónico Ce0.9Gd0.1O1.95 (GDC), fabricado por tape casting y que se utiliza como electrolito en las celdas. Posteriormente se aplicó sobre el compuesto anódico formado por óxido de níquel y GDC (NiO-GDC). Se estudió el efecto de distintos campos sobre la temperatura de inicio del evento flash, así como también el efecto de la densidad de corriente sobre la microestructura. La densidad relativa fue medida por el método de Arquímedes, mientras que la microestructura se estudió por DRX y MEB. Las propiedades eléctricas se midieron con corriente directa, por el método de 4 electrodos a distintas temperaturas y bajo atmosfera de aire. Los resultados obtenidos para el GDC, revelan que el evento flash se produce a una temperatura considerablemente menor que la necesaria para la sinterización convencional, obteniéndose materiales altamente densificados a 600°C bajo un campo de 100V/cm. Por otro lado, el compuesto NiO-GDC presentó reducciones aun mayores de temperatura de inicio bajo campos equivalentes. A temperatura constante de solo 200°C y bajo un campo de 50V/cm, se obtienen muestras con densidad relativa superior al 90%. La obtención de materiales altamente densificados depende de la corriente eléctrica, mientras que la activación del evento flash es dependiente del campo eléctrico. Además, condiciones severas de campo y corriente incrementa la inestabilidad del proceso, lo cual indica la existencia de límites superiores e inferiores de campo, dentro de los cuales y por medio de la aplicación de la técnica, se obtienen resultados adecuados de densificación.