Mejorar el equilibrio entre la permeabilidad al oxígeno y la estabilidad de Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_{3-δ a través del}...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Ingeniería Química
• Química del estado sólido

Sus antecedentes:

• Los óxidos de perovskita convencionales se enfrentan a una compensación entre el flujo de permeación de oxígeno y la estabilidad estructural, lo que limita su uso en membranas permeables al oxígeno.
• El desarrollo de materiales con una alta permeabilidad al oxígeno y una integridad estructural robusta es crucial para las tecnologías de separación avanzadas.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y sintetizar un nuevo material de perovskita de alta entropía para membranas permeables al oxígeno.
• Investigar la estabilidad estructural, el rendimiento de permeación de oxígeno y la tolerancia al CO2 del nuevo material.

Principales métodos:

• Diseño de alta entropía aplicado al sitio B de la matriz Ba0.5Sr0.5Co0.71Fe0.2O3-δ (BSCF).
• Síntesis de Ba0.5Sr0.5Co0.71Fe0.2Ta0.03Ni0.03Zr0.03O3-δ.
• Caracterización sistemática de la estructura cristalina, la microestructura y la composición elemental.
• Mediciones del flujo de permeación de oxígeno a 900 °C con gas de barrido He y en una atmósfera de 20% de CO2/He.

Principales resultados:

• Con éxito sintetizó un óxido de perovskita de alta entropía de una sola fase estable.
• Se obtiene un flujo de permeación de oxígeno de 1,28 mL·cm−2·min−1 para una membrana de 1 mm de espesor a 900 °C, estable durante más de 100 h.
• Se ha demostrado una buena tolerancia al CO2, manteniendo un flujo superior a 0,92 mL·cm−2·min−1 en una atmósfera de 20% de CO2/He durante más de 100 h.
• Se ha observado una recuperación completa del flujo de permeación de oxígeno al volver a una atmósfera de He puro, sin fugas.

Conclusiones:

• La estrategia de dopaje del sitio B rompe efectivamente la compensación entre la permeabilidad del oxígeno y la estabilidad estructural en las membranas de perovskita.
• La perovskita de alta entropía desarrollada muestra un potencial significativo para aplicaciones industriales que requieren una separación de oxígeno eficiente y estable.
• Este trabajo proporciona una valiosa orientación teórica para el diseño de materiales de perovskita de alto rendimiento para aplicaciones de membrana.