{"id":2801,"date":"2021-02-15T18:08:13","date_gmt":"2021-02-15T17:08:13","guid":{"rendered":"https:\/\/fusioncat.es\/?p=2801"},"modified":"2021-02-16T12:12:40","modified_gmt":"2021-02-16T11:12:40","slug":"contribucion-del-laboratorio-de-metodos-electrometricos-de-iqs-al-proyecto-fusioncat-sensores-de-hidrogeno","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/fusioncat.es\/es\/noticias\/contribucion-del-laboratorio-de-metodos-electrometricos-de-iqs-al-proyecto-fusioncat-sensores-de-hidrogeno\/","title":{"rendered":"[Tech] Contribuci\u00f3n del Laboratorio de M\u00e9todos Electrom\u00e9tricos de IQS al proyecto FusionCAT: Sensores de hidr\u00f3geno"},"content":{"rendered":"

El laboratorio de M\u00e9todos Electrom\u00e9tricos forma parte del Departamento de Qu\u00edmica Anal\u00edtica y Aplicada de IQS. Una de sus principales actividades es el desarrollo de sensores de hidr\u00f3geno y litio para aplicaciones de alta temperatura. <\/em><\/strong><\/p>\n

En el marco del proyecto FusionCAT, el primer objetivo de la participaci\u00f3n de IQS es el desarrollo de prototipos de sensores electroqu\u00edmicos de hidr\u00f3geno capaces de operar en entornos qu\u00edmicos agresivos, como los reactores de fusi\u00f3n. Estas sondas son el primer paso hacia el desarrollo de sensores de tritio.<\/p>\n

Los sensores electroqu\u00edmicos pertenecen a la familia de sensores qu\u00edmicos. Los sensores qu\u00edmicos son dispositivos que convierten la informaci\u00f3n qu\u00edmica (concentraci\u00f3n o presi\u00f3n parcial del analito) en una se\u00f1al medible. Los sensores electroqu\u00edmicos presentan algunas ventajas frente a otros tipos de sensores qu\u00edmicos, como un procedimiento de medici\u00f3n simple, alta sensibilidad, tiempo de respuesta corto y la facilidad para ser miniaturizados. Estas propiedades hacen que estas herramientas sean de gran inter\u00e9s para el control de procesos industriales.<\/p>\n

Los sensores electroqu\u00edmicos m\u00e1s comunes son los potenciom\u00e9tricos, que miden la diferencia de potencial (en V), los conductim\u00e9tricos, que miden la conductividad (en S \/ cm) y los amperom\u00e9tricos, que miden la corriente electroqu\u00edmica (en A). Los sensores amperom\u00e9tricos muestran una gran versatilidad porque su respuesta depende del voltaje aplicado y el \u00e1rea activa de los electrodos. La Figura 1 muestra el esquema de un sensor amperom\u00e9trico.<\/p>\n

\"Figura<\/a>

Figura 1<\/strong>. Representaci\u00f3n esquem\u00e1tica de un sensor amperom\u00e9trico gen\u00e9rico. WE: Electrodo de Trabajo, AE: Electrodo Auxiliar.<\/small><\/p><\/div>\n

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Los sensores amperom\u00e9tricos est\u00e1n compuestos por al menos dos electrodos: el de trabajo (WE) y el auxiliar (AE), que est\u00e1n en contacto a trav\u00e9s de un electrolito com\u00fan y conectados a un potenciostato. Inicialmente, el potenciostato aplica una diferencia de potencial. Posteriormente, el analito interact\u00faa con el electrodo de trabajo y, finalmente, el potenciostato mide la corriente electroqu\u00edmica asociada que fluye entre el WE y el AE. De esta forma se determina la concentraci\u00f3n del analito.<\/p>\n

A temperatura ambiente, estos dispositivos usan electrolitos en estado l\u00edquido, por lo que no pueden emplearse en aplicaciones a alta temperatura como son los reactores de fusi\u00f3n nuclear. En estos casos es necesario utilizar electrolitos en estado s\u00f3lido. A pesar de que estos materiales sean s\u00f3lidos, pueden transportar iones a trav\u00e9s de su estructura cristalina. Por lo tanto, los electrolitos en estado s\u00f3lido conductores de prot\u00f3n pueden ser utilizados para desarrollar sensores de hidr\u00f3geno de alta temperatura y, posteriormente, sensores de tritio.<\/p>\n

En proyectos anteriores, se seleccionaron las cer\u00e1micas conductoras de prot\u00f3n 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>para la construcci\u00f3n de sensores. Estas cer\u00e1micas son perovskitas y presentan una buena conductividad de protones entre 400 y 1000\u00b0C.<\/p>\n

Los sensores para experimentos de laboratorio se construyen uniendo un disco de estas cer\u00e1micas a un tubo de al\u00famina. Ambos lados del disco est\u00e1n metalizados con pintura de platino. De esta forma, la parte exterior del sensor act\u00faa como electrodo de trabajo (\u00e1nodo) y la parte interior como electrodo auxiliar (c\u00e1todo). La Figura 2 muestra una representaci\u00f3n esquem\u00e1tica de estos sensores y la Figura 3 muestra uno de los dispositivos experimentales utilizados.<\/p>\n

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\"Figura<\/a>

Figura 2<\/strong>. Esquema de un sensor de hidr\u00f3geno de alta temperatura para experimentos de laboratorio. WE: Electrodo de trabajo, AE: Electrodo auxiliar. <\/small><\/p><\/div>\n

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\"Figure<\/a>

Figura 3.<\/strong> Dispositivo experimental para ensayos con sensores electroqu\u00edmicos. <\/small><\/p><\/div>\n

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Cuando se aplica una diferencia de potencial entre ambos electrodos, el hidr\u00f3geno, que se encuentra en el electrodo de trabajo, se oxida para generar protones que se transportan a trav\u00e9s del electrolito hasta el AE, donde se reducen para producir de nuevo hidr\u00f3geno. Por tanto, la corriente electroqu\u00edmica asociada a este proceso es funci\u00f3n de la concentraci\u00f3n de hidr\u00f3geno en el electrodo de trabajo. Esta concentraci\u00f3n de hidr\u00f3geno se determina mediante una recta de calibrado, obtenida previamente.<\/p>\n

La corriente electroqu\u00edmica depende del \u00e1rea activa de los electrodos. Cuanto mayor sea el \u00e1rea, mayor ser\u00e1n tanto la corriente como la sensibilidad. Otras geometr\u00edas, como tubos cerrados por un extremo, tienen \u00e1reas superficiales mayores que los discos utilizados para experimentos de laboratorio, por lo que la respuesta electroqu\u00edmica de la sonda se puede mejorar cambiando su geometr\u00eda. La Figura 4 muestra una representaci\u00f3n de un sensor prototipo que usa un tubo cerrado por un extremo como electrolito.<\/p>\n

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\"Figura<\/a>

Figura 4<\/strong>. Representaci\u00f3n esquem\u00e1tica de un prototipo de sensor de hidr\u00f3geno de alta temperatura que utiliza un electrolito de estado s\u00f3lido en forma de tubo cerrado por un extremo. WE: Electrodo de trabajo, AE: Electrodo auxiliar. <\/small><\/p><\/div>\n

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Esta geometr\u00eda se puede fabricar utilizando procesos de fabricaci\u00f3n cl\u00e1sicos, como el slip casting<\/em>, o desarrollados m\u00e1s recientemente, como el Spark Plasma Sintering<\/em> (SPS) o la impresi\u00f3n 3D. Para este proyecto, es necesario fabricar peque\u00f1os lotes de estos componentes, por lo que la aplicaci\u00f3n de estos nuevos procesos de fabricaci\u00f3n contribuir\u00e1 al \u00e9xito de este hito del proyecto.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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