Thesis:

Modificación de propiedades mecánicas de ánodos de Cu-Ni-Al con NPs-CeO₂ para celdas de combustible de carbonato fundido

Las celdas de combustible son una aplicación basada en el uso de hidrógeno gaseoso para la producción de energía eléctrica, las cuales poseen diferentes clasificaciones según el electrolito utilizado. En este sentido, existen las celdas de combustible de carbonato fundido (MCFC, por sus siglas en inglés), las cuales operan a temperaturas cercanas a 650 °C por largos tiempos (4 años o más). Entre sus componentes se encuentran los ánodos, que están compuestos por aleaciones de níquel porosas. Estos ánodos se deterioran durante la operación de la celda, producto de cargas generadas por la tensión superficial del gas transportado a través de los poros y del armado de los componentes, teniendo como consecuencia un escenario propicio para termofluencia, lo que motiva la investigación de nuevos materiales con mejores propiedades para esta aplicación. El presente trabajo de memoria tiene como objetivo estudiar una nueva aleación Cu-47.5Ni-5Al como ánodo para celdas de carbonato fundido con adición de nanopartículas de óxido de cerio (NPs-CeO₂) y obtener propiedades mejoradas en comparación a una aleación sin modificación. La aleación se fabrica a partir de aleado mecánico (AM) a partir de dos rutas: una a partir de una solución sólida Cu-50Ni, con posterior adición de aluminio, y otra desde los polvos elementales de cobre, níquel y aluminio. El análisis de la microestructura resultante se realiza por medio del análisis de datos obtenidos desde difracción de rayos X y microscopía electrónica de barrido. Por otro lado, a partir de análisis termodinámico se obtiene la ruta de síntesis óptima para la aleación Cu-47.5Ni-5Al, la cual posteriormente es mezclada con diferentes cantidades de NPs-CeO₂ (1 %, 3 % y 5 % en peso) y consolidada, con el fin de estudiar el comportamiento mecánico de la aleación en función de la cantidad de NPs. Los materiales consolidados (Cu-47.5Ni-5Al + x % NPs-CeO₂) se caracterizan y analizan en función de su microestructura, tamaño y distribución de poros, utilizando microscopía y análisis digital de imágenes. Las propiedades mecánicas(...).

Fuel cells are an application based on the use of gaseous hydrogen to produce electrical energy, which has different classifications depending on the electrolyte used. In this sense, there are molten carbonate fuel cells (MCFC), which operate at temperatures close to 650 °C for long periods (4 years or more). Among its components are the anodes that are composed of porous nickel alloys. These anodes deteriorate by creep during the operation of the cell because of charges generated by the surface tension of the gas transported through the pores and the assembly of the components, which motivates the investigation of new materials with the best properties for this application. The objective of this work is to study a new Cu-47.5Ni-5Al alloy as an anode for molten carbonate cells with the addition of cerium oxide nanoparticles (NPs-CeO2) and obtain improved properties compared to an alloy without modification. The alloy is manufactured from mechanical alloying (AM) from 2 routes: one from a Cu-50Ni solid solution with the subsequent addition of aluminum and another from the elemental powders of copper, nickel, and aluminum. The analysis of the resulting microstructure is carried out through the analysis of data obtained from X-ray diffraction and scanning electron microscopy. On the other hand, from thermodynamic analysis, the optimal synthesis route for Cu-47.5Ni-5Al alloy is obtained, which is subsequently mixed with different amounts of NPs-CeO2 (1%, 3%, and 5% by weight) and consolidated, to study the mechanical properties of the alloy (hardness and compression test) as a function of the mass fraction of NPs. The consolidated materials (Cu-47.5Ni-5Al +x% NPs-CeO2) are characterized and analyzed based on their microstructure, size, and pore distribution using microscopy and digital image analysis. The mechanical properties(...).