Materiali catodici per celle a combustibile ad ossidi solidi : perovskiti a strati a base di neodimio e cobalto ferro

Nel presente lavoro di tesi sono stati studiati nuovi materiali catodici per celle a combustibile ad ossidi solidi operanti a temperatura intermedia (IT-SOFC). Sono stati preparati diversi composti caratterizzati da struttura perovskitica a strati, a base di neodimio e cobalto, con drogaggio crescente di ferro: NdBaCo2-xFexO5+δ (NBCFx, dove x =0.1, 0.2, 0.3,0.4). Inoltre sono stati prodotti anche due campioni con deficienza di bario del 10% (NBCFdx, x=0.1,0.4). È noto che il drogaggio con ferro riduce il coefficiente di espansione termica (TEC), limitando i problemi di adesione tra catodo ed elettrolita, ma ne peggiora le proprietà elettrochimiche. La deficienza di bario invece ha dimostrato di avere effetti positivi sulle proprietà elettrochimiche in composti analoghi senza ferro. Le polveri sono state sintetizzate attraverso il metodo dei citrati (MC route). I materiali preparati sono stati caratterizzati tramite diffrazione dei raggi X, microscopia SEM, analisi TG-DTA, analisi chimiche ICP, determinazione del contenuto di ossigeno e spettroscopia di impedenza. L’analisi XRD mostra che i composti sono ottenuti con buona purezza; da un’analisi dei parametri di cella si nota un aumento delle dimensioni reticolari all’aumentare del ferro e della deficienza. Inoltre i composti non presentano reattività chimica con l’elettrolita GDC fino a 1100°C. Le immagini SEM mostrano una microstruttura con distribuzione delle dimensioni delle particelle approssimativamente bimodale. I grani più piccoli hanno dimensione di circa 1-2μm. I campioni presentano un aumento dello stato di ossidazione medio di Co-Fe e del contenuto di ossigeno all’aumentare del ferro, mentre la deficienza ne causa la diminuzione. Le misure di EIS effettuate per i composti NBCF0.4 e NBCFd0.4 su celle simmetriche con GDC mostrano valori di resistenza simili tra loro e maggiori rispetto a composti simili reperibili in letteratura e rispetto ai campioni senza Fe. Si conclude che l’introduzione del ferro causa un peggioramento delle performance che non viene compensato da miglioramenti dovuti alla deficienza di Ba.