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Síntesis y caracterización de películas delgadas de óxido de cerio como electrolito en celdas de combustible de óxido sólido

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dc.contributor.author Garduño Terán, Ulises
dc.date.accessioned 2021-08-17T03:40:32Z
dc.date.available 2021-08-17T03:40:32Z
dc.date.created 2020-07-10
dc.date.issued 2021-08-16
dc.identifier.citation Garduño Terán, Ulises. (2020). Síntesis y caracterización de películas delgadas de óxido de cerio como electrolito en celdas de combustible de óxido sólido. (Maestría en Tecnología Avanzada). Instituto Politécnico Nacional, Sección de Estudios de Posgrado e Investigación, Unidad Profesional Interdisciplinaria en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas, México. es
dc.identifier.uri http://tesis.ipn.mx/handle/123456789/29207
dc.description Tesis (Maestría en Tecnología Avanzada), Instituto Politécnico Nacional, SEPI, UPIITA, 2020, 1 archivo PDF, (75 páginas). tesis.ipn.mx es
dc.description.abstract RESUMEN: Actualmente, la implementación de energías limpias y renovables es una necesidad. Pero la potencia eléctrica generada utilizando fuentes renovables varía acorde a diferentes factores (intensidad de luz, velocidad del viento, etc.), lo que motiva el desarrollo de dispositivos de almacenamiento de energía. Dentro del almacenamiento de energía, el hidrógeno es de gran interés. Los dispositivos para obtener energía eléctrica a partir del hidrógeno se denominan celdas de combustible, y entre estas celdas se encuentran las denominadas de óxido sólido (SOFC).En este tipo de celdas el reto tecnológico más importante es disminuir la temperatura de operación del dispositivo, para lo cual es necesario mejorar las propiedades mecánicas y eléctricas del electrolito. Uno de los materiales de mayor interés para esta aplicación es el óxido de cerio. En este trabajo se prepararon películas delgadas de óxido de cerio dopadas con gadolinio por la técnica de Rocío Pirolítico Ultrasónico, la cual es una técnica económica y escalable a la industria. Se evaluó la influencia las condiciones de depósito (los flujos de aire, la temperatura del sustrato y la concentración de Gd) en la morfología y propiedades ópticas y eléctricas de las películas. Se prepararon películas a concentraciones de gadolinio de 10, 15 y 20 %, a temperatura del substrato de 425, 450 y 475ºC y a velocidades de flujo de 0.5 y 1.0 L/min, 1.0 y 1.5 L/min y 1.5 y 2.0 L/min para los gases de arrastre y director respectivamente. Las películas obtenidas se caracterizaron por difracción de rayos X, espectroscopía de UV-vis, microscopía electrónica de barrido y espectroscopía de impedancia. Las variaciones en la temperatura y los flujos de aire modifican la morfología, el tamaño del grano y la textura de las películas. El aumento de la temperatura del substrato produce un aumento del ancho de banda prohibida, pero no modifica sustancialmente la energía de activación de los materiales, salvo para las muestras crecidas al 10 % de Gd. La energía de activación para la conducción iónica aumenta considerablemente al utilizar flujos bajos (0.5 y 1.0 L/min para los gases de arrastre y director respectivamente). En función de los resultados obtenidos se propone que las condiciones ideales para obtener películas homogéneas y libres de fracturas con energías de activación para la conducción bajas son flujos medios y temperaturas del substrato de 450 °C. ABSTRACT: Nowadays, the implementation of clean and renewable energies is a necessity. But electric power generation using renewable sources depends on different factors (light intensity, wind speed, etc.), which motivates the development of energy storage devices. Within the energy storage, hydrogen is of a great interest. The devices for obtaining electrical energy from hydrogen are called fuel cells, and among these cells are the so-called solid oxidefuel cells(SOFC). In SOFC, the most important technological challenge is to lower the device operating temperature, which requiresto improve the mechanical and electrical properties of the electrolyte. One of the materials of greatest interest for this application is cerium oxide, also known as ceria.In this work, gadolinium doped cerium oxide thin films were prepared by the Ultrasonic Spray Pyrolysistechnique, which is an economical and industry scalable technique. The influence of deposition conditions (air flows, substrate temperature and Gd concentration) on the morphology,optical and electrical properties of the films was evaluated. Films were prepared at gadolinium concentrations of 10, 15 and 20%, at substrate temperatures of 425, 450 and 475ºC and at flow rates of 0.5 and 1.0 L / min, 1.0 and 1.5 L / min and 1.5 and 2.0 L / min for carrier and director gases respectively. The films obtained were characterized by X-ray diffraction, UV-vis spectroscopy, scanning electron microscopy, and impedance spectroscopy. Variations in temperature and air flows modify the morphology, grain size and texture of the films. Increasing the temperature of the substrate produces an increase in the bandgapofmaterials, but does not substantially modify the activation energy, except for samples grown at 10% Gd. The activation energy for ion conduction increases considerably when using low flows (0.5 and 1.0 L / min for the carrierand director gases respectively). Based on the obtained results, it is proposed that the ideal conditions for obtaining homogeneous and fracture-free films with low conductivity activation energies are medium flows and substrate temperatures of 450 ° C. es
dc.language.iso es es
dc.subject Óxido de Cerio es
dc.subject Celdas de combustible es
dc.subject Rocío Pirolítico Ultrasónico es
dc.title Síntesis y caracterización de películas delgadas de óxido de cerio como electrolito en celdas de combustible de óxido sólido es
dc.type TESIS es
dc.contributor.advisor García Sanchéz, Mario Fidel


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