Evaluación Comparativa de Varios Perovskitas ABO3 (A = La, Ca, Sr; B = Mn, Fe) como Materiales Transportadores de Oxígeno en la Producción de Hidrógeno por Bucles Químicos
Autores: Evdou, Antigoni; Zaspalis, Vassilis
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Evaluación Comparativa de Varios Perovskitas ABO3 (A = La, Ca, Sr; B = Mn, Fe) como Materiales Transportadores de Oxígeno en la Producción de Hidrógeno por Bucles Químicos
Categoría
Energía
Subcategoría
Energías renovables
Palabras clave
Estudio
Materiales de perovskita
Portadores de oxígeno
Comportamiento redox
Producción de hidrógeno
Selectividad
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio evalúa comparativamente el rendimiento de los materiales de perovskita ABO3 (A = La, Ca, Sr; B = Mn, Fe) como portadores de oxígeno en la tecnología de Hidrógeno por Ciclo Químico de Tres Pasos (CLH), centrándose en el comportamiento redox, la capacidad de transporte de oxígeno, la producción de hidrógeno y la selectividad bajo condiciones controladas de pulso. El comportamiento redox de los materiales se analiza en relación con su química de defectos. Se sintetizaron perovskitas como (La1-xCax)MnO3, (La1-xSrx)MnO3 y (La0.6Ca0.4)(Mn1-xFex)O3 mediante métodos químicos húmedos y se probaron en ciclos de bucle químico. La dopación de cationes del sitio A con Ca o Sr mejoró la capacidad de entrega de oxígeno en más del 100% al ser reducidos con CH4 cuando el contenido de dopante (x) aumentó de 0 a 0.5. Sin embargo, la selectividad de H2 disminuyó del 52% al 2.5% para (La1-xCax)MnO3 y del 46% al 14% para (La1-xSrx)MnO3 bajo las mismas condiciones. En contraste, la sustitución de Mn por Fe mejoró significativamente la producción de hidrógeno, particularmente en LaFeO3, que exhibió la mayor selectividad y rendimiento de hidrógeno. A 1000 grados C, LaFeO3 produjo casi 10 mmol H2 g-1, con un 80% generado durante el paso de reducción con una selectividad del 99.9% y el 20% restante durante el paso de separación de agua con una selectividad del 100%. Estos resultados están relacionados con la extensión de las reacciones de reducción de cationes del sitio B (i) B4+ B3+, que facilita la oxidación completa del combustible y (ii) B3+ B2+, que conduce a la oxidación parcial del combustible. La reversa de (ii) también contribuye a la producción de H2 durante la separación de agua. Además, el estudio evalúa la microestructura y estabilidad de los materiales durante ciclos prolongados. Los hallazgos destacan a las perovskitas basadas en Fe, particularmente LaFeO3, como candidatos prometedores para aplicaciones de CLH, enfatizando la necesidad de optimización estructural y composicional para mejorar la eficiencia de producción de hidrógeno.
Descripción
Este estudio evalúa comparativamente el rendimiento de los materiales de perovskita ABO3 (A = La, Ca, Sr; B = Mn, Fe) como portadores de oxígeno en la tecnología de Hidrógeno por Ciclo Químico de Tres Pasos (CLH), centrándose en el comportamiento redox, la capacidad de transporte de oxígeno, la producción de hidrógeno y la selectividad bajo condiciones controladas de pulso. El comportamiento redox de los materiales se analiza en relación con su química de defectos. Se sintetizaron perovskitas como (La1-xCax)MnO3, (La1-xSrx)MnO3 y (La0.6Ca0.4)(Mn1-xFex)O3 mediante métodos químicos húmedos y se probaron en ciclos de bucle químico. La dopación de cationes del sitio A con Ca o Sr mejoró la capacidad de entrega de oxígeno en más del 100% al ser reducidos con CH4 cuando el contenido de dopante (x) aumentó de 0 a 0.5. Sin embargo, la selectividad de H2 disminuyó del 52% al 2.5% para (La1-xCax)MnO3 y del 46% al 14% para (La1-xSrx)MnO3 bajo las mismas condiciones. En contraste, la sustitución de Mn por Fe mejoró significativamente la producción de hidrógeno, particularmente en LaFeO3, que exhibió la mayor selectividad y rendimiento de hidrógeno. A 1000 grados C, LaFeO3 produjo casi 10 mmol H2 g-1, con un 80% generado durante el paso de reducción con una selectividad del 99.9% y el 20% restante durante el paso de separación de agua con una selectividad del 100%. Estos resultados están relacionados con la extensión de las reacciones de reducción de cationes del sitio B (i) B4+ B3+, que facilita la oxidación completa del combustible y (ii) B3+ B2+, que conduce a la oxidación parcial del combustible. La reversa de (ii) también contribuye a la producción de H2 durante la separación de agua. Además, el estudio evalúa la microestructura y estabilidad de los materiales durante ciclos prolongados. Los hallazgos destacan a las perovskitas basadas en Fe, particularmente LaFeO3, como candidatos prometedores para aplicaciones de CLH, enfatizando la necesidad de optimización estructural y composicional para mejorar la eficiencia de producción de hidrógeno.