La fusió nuclear representa una solució prometedora i sostenible per a les creixents demandes energètiques mundials, com a alternativa a l’ús de combustibles fòssils i a les energies renovables. Es tracta d’un procés on es busca reproduir a la Terra el sistema de producció d’energia al Sol, que també requereix afrontar nombrosos reptes tecnològics per posar-la en marxa.
Elements ceràmics per a prototips de sensors electroquímics d’hidrogen
Tesis Doctorals
12 novembre 2025
El Dr. Antonio Hinojo Ramírez va defensar la seva tesi a IQS, en la qual ha desenvolupat nous sensors electroquímics ceràmics d’hidrogen, mitjançant un electròlit sòlid amb alta conductivitat de protons, estabilitat tèrmica i resistència a atmosferes reductores
Al Grup d’Electroquímica i Bioanàlisi – EQBA d’IQS, els investigadors del Laboratori d’Electroquímica treballen en diversos projectes relacionats amb les tecnologies de fusió nuclear. Els futurs reactors de fusió utilitzaran deuteri i triti com a combustible: mentre que el deuteri és fàcil d’obtenir de fonts naturals com l’aigua, el triti es generarà en el mateix reactor de fusió, en els embolcalls regeneradors de triti (TBB, per les seves sigles en anglès Tritium Breeding Blankets). En aquests sistemes, caldran eines analítiques per a determinar aquests isòtops.
Els sensors electroquímics basats en electròlits sòlids són una solució prometedora per realitzar aquestes mesures, gràcies a la seva capacitat per operar en les exigents condicions dels reactors.
En aquest context, i seguint les recerques prèvies iniciades pel Dr. Eduard Juhera i pel Dr. Marc Nel·lo en el camp dels sensors electroquímics per a reaccions de fusió, el Dr. Antonio Hinojo Ramírez va defensar a IQS la seva tesi doctoral sota el títol Elements ceràmics de BaCe0.6Z0.3Y0.1O3-δ per a sensors electroquímics d’hidrogen: mètodes de modelatge, caracterització i avaluació de prototips. La tesi va ser realitzada al Laboratori d’Electroquímica d’IQS, sota la direcció del Dr. Sergi Colominas Fuster i el Dr. Jordi Abellà Iglesias, amb l’objectiu principal de desenvolupar sensors electroquímics d’hidrogen utilitzant BaCe0.6Zr0.3Y0.1O3-δ, un electròlit sòlid amb alta conductivitat de protons, estabilitat tèrmica i resistència a atmosferes reductores.
Nous prototips de sensors electroquímics ceràmics
Per assolir aquest objectiu, el Dr. Hinojo va fabricar en primer lloc elements ceràmics de BaCe0.6Z0.3Y0.1O3-δ, emprant diferents tècniques de conformació, com la pressió isostàtica en fred, la impressió 3D per extrusió i la impressió 3D per litografia, per tal d’aconseguir la geometria desitjada en el sensor.
Els diferents elements ceràmics conformats van ser caracteritzats en termes d’estructura cristal·lina, microestructura i conductivitat de protons, aquesta darrera mitjançant espectroscòpia d’impedància electroquímica (EIS), que van confirmar que els electròlits obtinguts eren adequats per al seu ús en sensors.
Finalment, els sensors desenvolupats pel Dr. Hinojo van ser avaluats com a elements per mesurar hidrogen en fase gasosa entre 400 °C i 600 °C, en modes potenciomètric i amperomètric. Es van analitzar paràmetres com la sensibilitat, el rang lineal, el temps de resposta i recuperació, la precisió i l’exactitud. Els sensors basats en impressió 3D, per extrusió i per litografia, van destacar pel seu rendiment equilibrat i per la seva sensibilitat, respectivament.
Els resultats obtinguts a la recerca d’aquesta tesi posicionen els sensors electroquímics ceràmics com a eines molt prometedores per al seu ús en reactors de fusió nuclear, oferint la fabricació mitjançant tecnologies d’impressió 3D com una opció de produir-los de manera industrial.
Publicacions relacionades
Antonio Hinojo et al, Optimization of 3D printing conditions for BaCe0.6Zr0.3Y0.1O3-δ in the construction of amperometric high-temperature H2 sensors, Talanta Open, 11, 2025, 100454.
Antonio Hinojo et al, Development and characterization of electrochemical hydrogen sensors using different fabrication techniques, Fusion and Engineering Design, 204, 2024, 114483
Antonio Hinojo et al, Shaping techniques’ influence on the electrochemical properties of BaCe0.6Zr0.3Y0.1O3-δ proton conductor, Ceramics International, 50, Issue 20, partC, 2024, 40249-40260
Antonio Hinojo et al, A novel solution for hydrogen monitoring in fusion processes: 3D printed BaCe0.6Zr0.3Y0.1O3-α sensors, Nuclear Materials and Energy, 39, 2024, 101661
Antonio Hinojo et al, BaCe0.6Zr0.3Y0.1O3-α electrochemical hydrogen sensor for fusion applications, Fusion Engineering and Design, 188, 2023, 113452
Aquesta tesi ha rebut ajut a través dels projectes Semolmetfus (RTI208-095045-B-I00) i Ecsenfus (PID2022-143047OB-I00) del Ministerio de Ciencia e Innovación/Agencia Estatal de Investigación.
