Alternativa de protección contra la corrosión del acero AISI 310S mediante recubrimiento de aluminio bajo condiciones de platos separadores en celdas de combustible de carbonatos fundidos

Abstract

Introducción: La celda de combustible de carbonatos fundidos (MCFC, por sus siglas en inglés) convencional opera a 650°C. Consiste de un cátodo de NiO poroso y litiado, una mezcla eutéctica de carbonato de litio (Li2CO3) y carbonato de potasio (K2CO3) fundido en una matriz electrolitica de óxido de aluminio litiado (LiAlO2) y un ánodo poroso de Ni. Los platos separadores entre cada celda presentan problemas de corrosión. Ante eso, un acero inoxidable AISI 310S con recubrimiento fue estudiado en condiciones de un plato separador en una MCFC. Método: Se utilizó un acero inoxidable AISI 310S como sustrato (muestra A), aplicándole un recubrimiento de Al con (B) y sin tratamiento térmico (C). Fueron expuestos en carbonatos fundidos (62 mol% Li2CO3 -38 mol% K2CO3) a 650 °C en crisoles de alúmina. El comportamiento electroquímico fue estudiado mediante la técnica de Espectroscopía de Impedancia Electroquimica (EIS). Para el análisis de los diagramas de impedancia, se utilizó el software de simulación “Boukamp Equivalent Circuit”. La sección transversal de las muestras corroídas fue caracterizada mediante Microscopía Electrónica de Barrido (SEM, por sus siglas en inglés)) y los productos formados por Difracción de rayos X (XRD, por sus siglas en inglés)). Resultados: Los diagramas de EIS presentan aumentos y disminuciones en los semicírculos formados a altas frecuencias indicativo de disolución de la capa externa, aumento y disminución de la resistencia de esta última así como el posible rompimiento de ella. La técnica de XRD presentó fases LiFeO2, LiCrO2, -LiAlO2 y -LiAlO2 así como fases intermetálicas para las distintas condiciones de la muestra. De la misma manera, los análisis de SEM presentaron los espesores de cada una de las capas formadas. Discusión o Conclusión: En la muestra A, se formaron capas de LiFeO2 y LiCrO2 después de 200 horas de exposición. La capa de LiCrO2 aumenta por la difusión de Li hacia el interior y de Cr hacia el exterior. En la muestra B y C, se ha encontrado la fase LiAlO2 presente en la capa externa. En la muestra B, esta capa de LiAlO2 es muy delgada y además no homogénea y esto indica lo susceptible que puede ser al medio, y la capa que se ha formado en la muestra C ha sido de mayor espesor. El efecto del tratamiento térmico, cuyo objetivo es la difusión del Al hacia el interior, ha sido aceptable. La aplicación del recubrimiento es una alternativa para extender la vida útil de estos materiales.