Estudio de la dinámica difusiva del oxigeno en solidos cristalinos activos por microondas para la generación de hidrogeno

Abstract

Este Trabajo Fin de Grado estudia la dinámica del oxígeno en óxidos metálicos, concretamente en el cerio dopado con gadolinio (CGO), como consecuencia de la activación del proceso de reducción por microondas. Este proceso se presenta como una alternativa más eficiente para la producción de H₂ y otros vectores energéticos debido a sus temperaturas inusualmente bajas, entre 100 y 400 °C, frente a los métodos termoquímicos convencionales que requieren temperaturas superiores a los 1000 °C, favoreciendo la producción sostenible de vectores energéticos. En este trabajo, se desarrolla un método matemático basado en la ecuación de Nernst-Planck para describir la dinámica de los iones de oxígeno en presencia y ausencia de un campo eléctrico uniforme desarrollando un modelo que es capaz de determinar la distribución espacial y temporal de la concentración de iones de oxígeno. Además, se investiga el mecanismo de difusión dominante a través de representaciones numéricas de la dinámica del oxígeno tras apagar las microondas. El modelo planteado reproduce fielmente los resultados experimentales de activación de materiales cerámicos por microondas, con independencia del tamaño de la partícula activa. Asimismo, explica por qué la liberación de O₂ en estos materiales es un efecto fundamentalmente superficial. Finalmente, se justifica que son precisamente los efectos no térmicos los responsables de la difusión del oxígeno.