MATERIAL DE ÓXIDO Y ELECTRODO PARA PILA DE COMBUSTIBLE QUE COMPRENDE EL MISMO.

Material de óxido y electrodo para pila de combustible que comprende el mismo. La invención se refiere a un nuevo material de óxido. La invención se refiere también a un electrodo que comprende dicho material. La invención se refiere finalmente a un dispositivo de producción de energía eléctrica del tipo de una pila de combustible, que comprende, como mínimo, una célula electroquímica, y que comprende un cátodo que es dicho electrodo. Una pila, o batería secundaria, tal como una célula electroquímica, convierte la energía química en energía eléctrica. En una pila de combustible, del hidrógeno que procede, por ejemplo, de cualquier combustible a base de carbono, tal como gas, un producto del petróleo a base de petróleo, o metanol, se combina con oxígeno del aire para producir electricidad, agua y calor, por medio de una reacción electroquímica. El núcleo de la pila de combustible se compone de un ánodo, un cátodo y un electrolito que es sólido y está realizado a base de cerámica. Los iones de oxígeno circulan a través del electrolito y la corriente eléctrica del cátodo hacia el ánodo. Las SOFC, abreviatura de Solid Oxid Fuel Cell (Célula de combustible de óxido sólido), son pilas de combustible que funcionan frecuentemente a alta temperatura del orden de 650 a 1000 o C. Pueden ser utilizadas en sistemas de alimentación estacionarios de gran potencia (250 kW) y de pequeña potencia (1 a 50 kW). Son potencialmente interesantes por su rendimiento eléctrico elevado (en general, del orden de 50 a 70%), y por la utilización del calor que producen. Los materiales actuales de las SOFC funcionan a temperaturas aproximadamente de 900 a 1000 o C. Se explican a continuación. El electrolito sólido más habitualmente utilizado es zirconio estabilizado con ytrio, es decir, YSZ (acrónimo de Yttria Stabilized Zirconia en inglés) (óxido de circonio estabilizado con ytrio). El ánodo, que es en especial, el asiento de la reacción entre H2 y los aniones O 2- que proceden del electrolito, es habitualmente un cermet (cerámica metálica) del tipo de níquel dispersado en circonio estabilizado (YSZ), eventualmente dopado con rutenio Ru. El cátodo que recoge las cargas y que es el asiento de la reducción de oxígeno que se difunde a continuación, al estado de anión O 2- a través el electrolito, está realizado muy habitualmente a base de óxido de estructura de perovskita, tal como la manganita de lantano dopado con estroncio (La, Sr) MnO3±. Finalmente, existen placas bipolares o interconectadores, en general, en número de dos, y tienen por función recoger las cargas en el ánodo y en el cátodo, y separar los dos gases, combustible (H2) y comburente (O2). No obstante, el funcionamiento de la pila a una temperatura tan elevada comporta numerosos problemas, en especial el coste de los interconectadores y la resistencia química y sobretodo resistencia mecánica de los materiales a la temperatura. Es por esta razón que se ha previsto disminuir la temperatura de funcionamiento de la pila alrededor de 600-800 o C, lo que permite utilizar como interconectadores inconel® (aleación resistente al calor a base de Ni, Cr y Fe) o aceros inoxidables. El electrolito que se ha previsto para sustituir el YSZ es cerina dopada con óxido de gadolinio, CeO2: Gd2O3 (Ce0,9Gd0,1O1,95) con estructura de flúor, o la perovskita LaGaO3 sustituida (La0,9Sr0,1Ga0,8Mg0,2O2,65). El ánodo podría ser a base de cromito de vanadio. En cuanto al cátodo, diversos materiales han sido estudiados cuyas perovskitas de tipo ABO3, y en particular LaMnO3 dopado por una cuestión de buena resistencia mecánica, deficitarios o no en el lugar A, y sobretodo las perovskitas deficitarias en oxígeno ABO3- tal como (La, Sr) CoO3-. Se debe indicar que no existe en la actualidad un material que permite utilizar el cátodo con, simultáneamente, una buena conductividad electrónica y una buena conductividad iónica, así como una buena estabilidad térmica, y un rendimiento suficiente, desde el punto de vista industrial. El artículo de Kulichenko y otros, en Chemistry Journal, vol. 62, nº 3, 1996, páginas 5-7, divulga un material de óxido de fórmula La2-xNiO4- utilizado como material superconductor, pero no como electrodo. La solicitud de patente WO 03/075377 da a conocer un cátodo a base de un material de óxido de fórmula Ln2-aAaBO4-, en la que Ln es un elemento de tierras raras, A = Ca ó Sr, B = Fe, Co, Ni ó Mn, a está comprendido entre 0 y 1,6 y es determinado por la valencia de los metales. Este electrodo a base de un material de óxido deficitario en oxígeno presenta una estructura de tipo K2NiF4 y una conductividad eléctrica elevada a temperaturas comprendidas entre 700 o C y 100 o C. El artículo de Kharton y otros, en Solid State Ionics, 166 (2004), páginas 327-337 divulga un material de óxido de fórmula La2Ni0,8Cu0,2O4+ y su utilización como electrodo. Este material presenta, como el material de la presente invención, un exceso de oxígeno, pero contrariamente al óxido de la invención, no es deficitario en lantano. Es para resolver estos problemas de la técnica anterior, que la presente invención propone utilizar como electrodo un material de óxido que tiene la fórmula general siguiente: en la que: (1) A2-x-yAxAyM1-zMzO4+, 2 E09154652 27-12-2011   A es un catión metálico que pertenece al grupo formado por los lantánidos y/o los alcalinos y/o los alcalino-térreos A es, como mínimo, un catión metálico que pertenece al grupo formado por los lantánidos y/o los alcalinos y/o los alcalino-térreos, A es una laguna catiónica, es decir, una vacante de cationes A y/o A, M es un metal que pertenece al grupo formado por los metales de los elementos de transición, M es, como mínimo, un metal que pertenece al grupo formado por los metales de los elementos de transición, siendo dicho material, tal que 0[Seguir leyendo]

(1) A2-x-yA'xA''yM1-zM'zO4+, A y A' son escogidos independientemente dentro del grupo formado por el lantano La, praseodinio Pr, estroncio Sr, calcio Ca y neodimio Nd, de manera preferente neodimio Nd, estroncio Sr y calcio Ca, de manera todavía más preferente neodimio Nd, A'' es una laguna catiónica, es decir, una vacante de cationes A y/o A', M y M' se escogen independientemente en el grupo formado por cromo Cr, manganeso Mn, hierro Fe, cobalto Co, niquel Ni y cobre Cu, preferentemente niquel Ni y cobre Cu, de manera todavía más preferente, níquel Ni, siendo dicho material tal que 0