Synthesis and characterization of La0.8Sr0.2Ni(1−x)CrxO3 (x = 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0) system by the combustion method

Abstract

This research focuses on the synthesis and characterization of six ceramic perovskite oxides based on La0.8Sr0.2Ni(1−x)CrxO3 system, with different levels of chromium modification (x = 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1.0), for use as anode material in solid oxide fuel cells (SOFC). The oxides were obtained in two reaction stages, starting from corresponding nitrate salts and citric acid until formation of a solid metal complex consistent with citrate species. The solid metalorganic foams were calcined at 1000 °C for 120 min under oxygen flow conditions and were characterized by infrared and ultraviolet spectroscopy (FTIR-UV), validating the proposed methodology in terms of purity and chemical composition. The characterization by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and X-ray energy dispersive spectroscopy (EDX) confirms the obtention of a homogeneous perovskite structure in all analyzed phases. The evaluation of crystallite size by means of the Debye–Scherrer equation establishes a nanometric prevalence around 3.2–4.4 nm along main diffraction signals. The electrical characterization of materials by solid-state impedance spectroscopy allowed identifying a particular behavior depending on the microstructure of solids for potential applications in SOFC devices. Resumen: Esta investigación se centra en la síntesis y caracterización de seis óxidos de perovskita cerámicos basados en el sistema La0.8Sr0.2Ni(1-x)CrxO3, con diferentes niveles de modificación de cromo (x = 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 y 1.0), para uso como material de ánodo en pilas de combustible de óxido sólido (SOFC). Los óxidos se obtuvieron en dos etapas de reacción, partiendo de las correspondientes sales de nitrato y ácido cítrico hasta la formación de un complejo metálico sólido consistente con especies de citrato. Las espumas sólidas metal-orgánicas se calcinaron a 1000° C durante 120 minutos bajo condiciones de flujo de oxígeno y se caracterizaron por espectroscopia infrarroja y ultravioleta (FTIR-UV), validando la metodología propuesta en términos de pureza y composición química. La caracterizaron por difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica de barrido (SEM) y espectroscopia de dispersión de energía de rayos X (EDX), confirman la obtención de una estructura perovskita homogénea en todas las fases analizadas. La evaluación del tamaño del cristalito por medio de la ecuación de Debye-Scherrer establece una prevalencia nanométrica alrededor de 3,2 – 4,4 nm a lo largo de las principales señales de difracción. La caracterización eléctrica por espectroscopía de impedancia de estado sólido, permitió identificar un comportamiento particular dependiente de la microestructura de los sólidos para potenciales aplicaciones en dispositivos SOFC. Keywords: Impedance, Perosvkite, SOFC, Palabras clave: Impedancias, Perosvkita, SOFC