Impatto della struttura cristallina sull'energia di attivazione dei processi elettrochimici in un catodo LSCF (La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3–δ) per celle a combustibile a ossidi solidi.

Abstract

Questo studio si focalizza sui catodi perovskitici LSCF (La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3–δ) per celle a combustibile a ossidi solidi (SOFC). In particolare, il lavoro analizza l’impatto del processo di preparazione sulla struttura cristallina e sulla cinetica dei processi elettrochimici. La prima parte della tesi presenta un’introduzione sulle celle a combustibile in linea generale e, più nello specifico, le SOFC, fondamentali al giorno d’oggi visto il grande interesse riguardo la produzione di energia pulita: l’elevata efficienza e le emissioni inquinanti relativamente basse sono il loro punto di forza. L’attenzione si focalizzerà sullo sviluppo di materiali promettenti e alternativi, come i catodi perovskitici. In quest’ambito l’LSCF (ferrite di lantanio drogata con stronzio e cobalto), è molto apprezzato grazie alla sua conducibilità mista (ionica ed elettronica). In particolare, il lavoro di tesi si concentra sulle caratteristiche della struttura cristallina del materiale preparato in due forme specifiche (fibre e polveri), e dimostra come il metodo di preparazione possa influenzare le prestazioni elettrochimiche. Partendo da dati sperimentali strutturali, di concentrazione delle vacanze di ossigeno ed elettrochimici, utilizzando diagrammi di tipo Arrhenius si ricavano le energie di attivazione dei diversi processi elettrocinetici. Confrontando fra di loro i valori ottenuti per le energie di attivazione, si giunge a conclusioni molto interessanti riguardo al ruolo delle vacanze di ossigeno nei processi elettrochimici.

This study focuses on perovskitic LSCF (La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ) cathodes for solid oxide fuel cells (SOFCs). In particular, the work analyzes the impact of the preparation process on the crystal structure and kinetics of electrochemical processes. The first part of this thesis presents an introduction to fuel cells in general and, more specifically, SOFCs, which are crucial nowadays given the great interest regarding clean energy production: their high efficiency and relatively low pollutant emissions are their strength. The focus will be on the development of promising alternative materials, such as perovskite cathodes. In this area, LSCF (lanthanum ferrite doped with strontium and cobalt), is highly valued due to its mixed conductivity (ionic and electronic). In particular, this thesis work focuses on the crystal structure characteristics of the material prepared in two specific forms (fibers and powders), and demonstrates how the preparation method can influence electrochemical performance. Starting from structural, oxygen vacancy concentration and electrochemical experimental data, using Arrhenius-type diagrams, the activation energies of different electrokinetic processes are derived. By comparing the values obtained for activation energies with each other, very interesting conclusions are reached regarding the role of oxygen vacancies in electrochemical processes.