Nous sensors electroquímics de liti

L’energia produïda per fusió de nuclis atòmics és una de les vies reconegudes com a possible font d’energia en el futur. Per poder fer-la realitat, diversos grups de recerca estan treballant en la construcció de reactors de fusió, en els quals poder generar triti mitjançant la reacció nuclear de ⁶Li amb neutrons d’alta energia. La producció de triti es realitzarà en els que s’anomenen Tritium Breeding Blankets (TBM), un dels elements essencials que conformen els futurs reactors de fusió i el desenvolupament dels quals és crucial per tal d’aconseguir els objectius desitjats.

S’estan estudiant diferents opcions per a la regeneració del triti a l’interior de les TBMs, una de les quals és la utilització de l’aliatge eutèctic Pb-Li, on el liti s’anirà consumint i resultarà fonamental controlar la concentració d’aquest element, mitjançant la utilització de sensors electroquímics en continu.

És en aquest context de recerca on el Dr. Marc Nel·lo ha dut a terme la seva tesi doctoral, defensada recentment a IQS. Sota el títol Desenvolupament de sensors de Li per a la seva aplicació en tecnologia de fusió, la tesi ha estat dirigida pel Dr. Jordi Abellà i pel Dr. Sergi Colominas del Laboratori de Mètodes Electromètrics, dins del Grup de Química Analítica (QuAN) d’IQS School of Engineering.

Eines de control de liti en condicions extremes

En la seva tesi doctoral, el Dr. Nel·lo ha desenvolupat uns sensors electroquímics de liti, basats en electròlits sòlids conductors d’ions de liti i capaços de treballar en condicions de temperatura molt elevada.

El primer pas ha estat la selecció dels electròlits més adients per a la construcció dels sensors, amb els requisits de ser estables a elevades temperatures (superiors als 600 °C), presentar baixa reactivitat en contacte amb el Li metàl·lic i també elevada conductivitat iònica. Les ceràmiques seleccionades han estat la Li6BaLa2Ta2O12 (LBLTO) i la Li6La3Ta1.5Y0.5O12 (LLTYO), totes dues sintetitzades i sinteritzades satisfactòriament en aquesta tesi, i amb conductivitats iòniques prou altes que permetin el seu ús en els sensors electroquímics.

Posteriorment, i per primera vegada, es van dissenyar i construir els sensors electroquímics basats en aquests materials, els quals han estat avaluats en les condicions extremes descrites, mostrant ambdós electròlits estudiats excel·lents resultats. Aquests sensors potenciomètrics han permès determinar amb èxit la concentració nominal de Li pressent en mostres preparades d’aliatge de Pb-Li.

En definitiva, en aquesta recerca s’han desenvolupat uns instruments analítics capaços de monitorar la concentració de liti en aliatges de Pb-Li fosos, que representen un gran avenç en el camí cap a l’energia de fusió i obre moltes portes al futur d’aquest tipus d’energia.

Publicacions relacionades

Marc Nel-lo, Oscar Ferrer, Sergi Colominas, Jordi Abellà; Lithium sensors based on Li₆La₃Ta_1.5Y_0.5O₁₂ and Li₆BaLa₂Ta₂O₁₂ garnet electrolytes for molten lead alloys, 339, Sensors and Actuators B:Chemical, July 2021, 129831.

Marc Nel-lo, Sergi Colominas, Jordi Abellà; Lithium conducting ceramics for future electrochemical sensors in molten metals, 146, Fusion Engineering and Design, September 2019, 1216-1220.

Aquesta recerca s’ha dut a terme en el marc del projecte “Desenvolupament i Aplicació de sensors per metalls fosos en reactors de fusió (RTI2018-095045-B-I00)” de la convocatòria 2018 de projectes ‘Retos investigación’ del programa estatal de R+D+i orientada als reptes de la societat, del Ministerio de Ciencia e Innovación i de l’Agència Estatal d’Investigació.