{"id":2789,"date":"2021-02-15T17:58:01","date_gmt":"2021-02-15T16:58:01","guid":{"rendered":"https:\/\/fusioncat.es\/?p=2789"},"modified":"2021-02-16T12:12:16","modified_gmt":"2021-02-16T11:12:16","slug":"contribucio-del-laboratori-de-metodes-electrometrics-diqs-al-projecte-fusioncat-sensors-dhidrogen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/fusioncat.es\/ca\/noticies\/contribucio-del-laboratori-de-metodes-electrometrics-diqs-al-projecte-fusioncat-sensors-dhidrogen\/","title":{"rendered":"[Tech] Contribuci\u00f3 del Laboratori de M\u00e8todes Electrom\u00e8trics d’IQS al projecte FusionCAT: sensors d’hidrogen"},"content":{"rendered":"

El laboratori de M\u00e8todes Electrom\u00e8trics forma part del Departament de Qu\u00edmica Anal\u00edtica i Aplicada d’IQS. Una de les seves activitats principals \u00e9s el desenvolupament de sensors d’hidrogen i liti per a aplicacions d’alta temperatura.<\/em><\/strong><\/p>\n

En el marc del projecte FusionCAT, el primer objectiu de la participaci\u00f3 d’IQS \u00e9s el desenvolupament de prototips de sensors electroqu\u00edmics d’hidrogen capa\u00e7os de treballar en entorns qu\u00edmicament agressius, com els reactors de fusi\u00f3. Aquestes sondes s\u00f3n el primer pas pel desenvolupament de sensors de triti.<\/p>\n

Els sensors electroqu\u00edmics pertanyen a la fam\u00edlia de sensors qu\u00edmics. Els sensors qu\u00edmics s\u00f3n dispositius que transformen la informaci\u00f3 qu\u00edmica (concentraci\u00f3 o pressi\u00f3 parcial de l’analit) en un senyal mesurable. Els sensors electroqu\u00edmics presenten alguns avantatges davant d’altres tipus de sensors qu\u00edmics, com un procediment de mesura simple, sensibilitat alta, temps de resposta curt i el ser f\u00e0cilment miniaturitzats. Aquestes propietats fan que aquests dispositius siguin de gran inter\u00e8s per al control de processos industrials.<\/p>\n

Els sensors electroqu\u00edmics m\u00e9s comuns s\u00f3n els potenciom\u00e8trics, que mesuren la difer\u00e8ncia de potencial (en V), els conductim\u00e8trics, que mesuren la conductivitat (en S\/cm) i els amperom\u00e8trics, que mesuren el corrent electroqu\u00edmic (en A). Els sensors amperom\u00e8trics mostren una gran versatilitat perqu\u00e8 la seva resposta dep\u00e8n del voltatge aplicat i de l’\u00e0rea activa dels el\u00e8ctrodes. La Figura 1 mostra l’esquema d’un sensor amperom\u00e8tric.<\/p>\n

\"Figura<\/a>

Figura 1<\/strong>. Representaci\u00f3 esquem\u00e0tica d’un sensor amperom\u00e8tric gen\u00e8ric. WE: El\u00e8ctrode de Treball, AE: El\u00e8ctrode auxiliar.<\/small><\/p><\/div>\n

 <\/p>\n

Els sensors amperom\u00e8trics tenen al menys dos el\u00e8ctrodes: el de treball (WE) i l’auxiliar (AE), que estan en contacte a trav\u00e9s d’un electr\u00f2lit com\u00fa i connectats a un potenci\u00f2stat. Inicialment, el potenci\u00f2stat aplica una difer\u00e8ncia de potencial. Despr\u00e9s, l’analit interactua amb l’el\u00e8ctrode de treball i, finalment, el potenci\u00f2stat mesura el corrent electroqu\u00edmic associat que circula entre el WE i l’AE. D’aquesta manera es determina la concentraci\u00f3 de l’analit.<\/p>\n

A temperatura ambient, aquests dispositius fan servir electr\u00f2lits en estat l\u00edquid, pel que no poden emprar-se en aplicacions a alta temperatura com s\u00f3n els reactors de fusi\u00f3 nuclear. En aquests casos cal utilitzar electr\u00f2lits en estat s\u00f2lid. Malgrat que aquests materials s\u00f3n s\u00f2lids, poden transportar ions a trav\u00e9s de la seva estructura cristal\u00b7lina. Per tant, els electr\u00f2lits en estat s\u00f2lid conductors de prot\u00f3 poden ser emprats per a desenvolupar sensors d’hidrogen d’alta temperatura i, posteriorment, sensors de triti.<\/p>\n

En projectes anteriors, es van seleccionar les cer\u00e0miques conductores de prot\u00f3 BaCe0.6<\/sub>Zr0.3<\/sub>Y0.1<\/sub>O3-\u03b1<\/sub> y Sr(Ce0.9<\/sub>Zr0.1<\/sub>)0.95<\/sub>Yb0.05<\/sub>O3-\u03b1 <\/sub>per a la construcci\u00f3 de sensors. Aquestes cer\u00e0miques s\u00f3n perovskites i mostren una bona conductivitat de protons entre 400 i 1000\u00b0C.<\/p>\n

Els sensors per a experiments de laboratori es construeixen unint un disc d’aquestes cer\u00e0miques a un tub d’al\u00famina. Tots dos costats del disc estan metal\u00b7litzats amb pintura de plat\u00ed. D’aquesta manera, la part exterior del sensor actua com a el\u00e8ctrode de treball (\u00e0node) i la part interior com el\u00e8ctrode auxiliar (c\u00e0tode). La Figura 2 mostra una representaci\u00f3 esquem\u00e0tica d’aquests sensors i la Figura 3 mostra un dels dispositius experimentals utilitzats.<\/p>\n

 <\/p>\n

<\/div>\n
\"Figura<\/a>

Figura 2.<\/strong> Esquema d’un sensor d’hidrogen d’alta temperatura per a experiments de laboratori. WE: El\u00e8ctrode de treball, AE: El\u00e8ctrode auxiliar<\/small><\/p><\/div>\n

 <\/p>\n

\"Figure<\/a>

Figura 3.<\/strong> Dispositiu experimental per fer assajos amb sensors electroqu\u00edmics<\/small><\/p><\/div>\n

 <\/p>\n

Quan s’aplica una difer\u00e8ncia de potencial entre els dos el\u00e8ctrodes, l’hidrogen, que es troba a l’el\u00e8ctrode de treball, s’oxida per generar protons que es transporten a trav\u00e9s de l’electr\u00f2lit fins l’AE, on es redueixen per produir de nou hidrogen. Per tant, el corrent electroqu\u00edmic associat a aquest proc\u00e9s \u00e9s funci\u00f3 de la concentraci\u00f3 d’hidrogen en l’el\u00e8ctrode de treball. Aquesta concentraci\u00f3 d’hidrogen es determina mitjan\u00e7ant una recta de calibratge, obtinguda pr\u00e8viament.<\/p>\n

El corrent electroqu\u00edmic dep\u00e8n de l’\u00e0rea activa dels el\u00e8ctrodes. Com m\u00e9s gran sigui aquesta \u00e0rea, major seran tant el corrent com la sensibilitat. Altres geometries, com per exemple tubs tancats per un extrem, tenen \u00e0rees superficials m\u00e9s grans que els disc utilitzats per a experiments de laboratori. D\u2019aquesta manera la resposta electroqu\u00edmica de la sonda es pot millorar canviant la seva geometria. La Figura 4 mostra una representaci\u00f3 d’un sensor prototip que utilitza un tub tancat per un extrem com electr\u00f2lit.<\/p>\n

 <\/p>\n

\"Figura<\/a>

Figura 4<\/strong>. Representaci\u00f3 esquem\u00e0tica d’un prototip de sensor d’hidrogen d’alta temperatura que utilitza un electr\u00f2lit en estat s\u00f2lid en forma de tub tancat per un extrem. WE: El\u00e8ctrode de treball, AE: El\u00e8ctrode auxiliar<\/small><\/p><\/div>\n

 <\/p>\n

Aquesta geometria es pot fabricar utilitzant processos de fabricaci\u00f3 cl\u00e0ssics, com l\u2019slip c\u00e0sting<\/em>, o desenvolupats m\u00e9s recentment, com s\u00f3n l\u2019Spark Plasma Sintering <\/em>(SPS) o la impressi\u00f3 3D. Per a aquest projecte, es necessita fabricar petits lots d’aquests components, de manera que l’aplicaci\u00f3 d’aquests nous processos de fabricaci\u00f3 contribuir\u00e0 a l’\u00e8xit d’aquesta fita del projecte.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

El laboratori de M\u00e8todes Electrom\u00e8trics forma part del Departament de Qu\u00edmica Anal\u00edtica i Aplicada […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":2797,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[44],"tags":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/fusioncat.es\/ca\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2789"}],"collection":[{"href":"https:\/\/fusioncat.es\/ca\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/fusioncat.es\/ca\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fusioncat.es\/ca\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fusioncat.es\/ca\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=2789"}],"version-history":[{"count":3,"href":"https:\/\/fusioncat.es\/ca\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2789\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":2815,"href":"https:\/\/fusioncat.es\/ca\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2789\/revisions\/2815"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fusioncat.es\/ca\/wp-json\/wp\/v2\/media\/2797"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/fusioncat.es\/ca\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=2789"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/fusioncat.es\/ca\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=2789"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/fusioncat.es\/ca\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=2789"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}