Sintesi di elettrodi a base di Ba1-xSrxCu1-yFeyO3-d (BSCuF) per applicazioni elettrochimiche

Abstract

Nel presente lavoro, è stata studiata una nuova classe di ossidi perovskitici privi di cobalto, con formula generale Ba1-xSrxCu1yFeyO3–δ (BSCuF), che rappresenta un innovativo materiale per catodi di celle a combustibile a ossidi solidi operanti a temperatura media. Nel presente studio, sono stati caratterizzati strutturalmente campioni precedentemente preparati di Ba0.5Sr0.5Cu1-yFeyO3–δ e Ba0.6Sr0.4Cu1-yFeyO3–δ (con Cu=0.1, 0.2, 0.3) sia come polveri che come fibre; inoltre sono stati preparati campioni di polvere drogati anche con ittrio (Y) in percentuali di drogaggio del 3% e del 10%. Inoltre, è stata tentata la preparazione di campioni in nanofibra con la stessa stechiometria, Ba0.6Sr0.4Cu0.2Fe0.8O3–δ, attraverso la tecnica dell'elettrofilatura, con l'obiettivo di confrontare i due diversi metodi di sintesi. I campioni con diverse stechiometrie sono stati caratterizzati strutturalmente mediante analisi termogravimetrica (TGA), diffrazione a raggi X (XRD) e microscopia elettronica a scansione (SEM). Anche sono state preparate delle semicelle tramite trattamento termico e sono state eseguite misure di spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) per studiarne le prestazioni elettrochimiche. L'analisi strutturale dei campioni ha rivelato che il sistema cristallino cubico è il più adatto per descrivere la struttura cristallina dei campioni di BSCuF. Attraverso la raffinazione di Rietveld, sono stati ottenuti i parametri di cella e i valori dell’occupazione dell’ossigeno di ogni campione: questi mostrano una dipendenza regolare dalla concentrazione di Cu. Nelle misure di EIS, determinando la resistenza di polarizzazione nell'intervallo di temperatura compreso tra 400 e 680 °C, e l'energia di attivazione per ciascun campione utilizzando l'equazione di Arrhenius.

In this work, a new class of cobalt-free perovskite oxides with the general formula Ba1-xSrxCu1-yFeyO3–δ (BSCuF) was studied, representing an innovative material for cathodes in solid oxide fuel cells operating at intermediate temperatures. In this study, previously prepared samples of Ba0.5Sr0.5Cu1-yFeyO3–δ and Ba0.6Sr0.4Cu1-yFeyO3–δ (with Cu = 0.1, 0.2, 0.3) were structurally characterized both as powders and as fibers; in addition, powder samples were prepared, doped with yttrium (Y) at doping levels of 3% and 10%. An attempt was also made to prepare nanofiber samples with the same stoichiometry, Ba0.6Sr0.4Cu0.2Fe0.8O3–δ, using the electrospinning technique, with the aim of comparing the two different synthesis methods. The samples with different stoichiometries were structurally characterized using thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM). Half-cells were also prepared through thermal treatment, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurements were carried out to study their electrochemical performance. The structural analysis of the samples revealed that the cubic crystal system is the most suitable to describe the crystalline structure of the BSCuF samples. Rietveld refinement provided the cell parameters and oxygen occupancy values for each sample, showing a regular dependence on Cu concentration. In the EIS measurements, the polarization resistance was determined in the temperature range of 400–680 °C, and the activation energy for each sample was calculated using the Arrhenius equation.