Advanced Electrochemical Sensors for Dual Hydrogen and Deuterium Detection

La fusió nuclear representa una solució prometedora i sostenible per a les creixents demandes energètiques del món. Fonamental per a la viabilitat i eficiència de les reaccions de fusió nuclear és la determinació precisa de les concentracions de deuteri i triti, els principals isòtops combustibles. Aquests isòtops han de mesurar-se i controlar-se amb precisió per optimitzar el procés de fusió i garantir una operació segura i efectiva dels reactors de fusió. Aquest fet ressalta la necessitat de desenvolupar sensors capaços de distingir entre aquests isòtops d'hidrogen en les condicions de treball esperades. En aquesta tesi doctoral, s'han desenvolupat sensors electroquímics d'hidrogen basats en electròlits en estat sòlid. Per a això, s'ha optimitzat la síntesi i sinteritzat dels electròlits BaCe0.6Z0.3Y0.1O3-α i Sr(Ce0.9Zr0.1)0.95Yb0.05O3-α. Aquests han estat caracteritzats utilitzant Microscòpia Electrònica d'Escombratge-Espectroscòpia de Dispersió d'Energia (SEM-EDS), Difracció de Raigs X (XRD) i Espectroscòpia d'Impedància Electroquímica (EIS). Aquestes tècniques han proporcionat informació detallada sobre les propietats estructurals i la composició dels electròlits, que són crucials per a la seva aplicació en dispositius electroquímics, com es el cas dels sensors. Després de la caracterització, es van construir sensors tant amperomètrics com potenciomètrics i es van investigar els seus paràmetres analítics. Es van determinar les rectes de calibratge, els temps de resposta i recuperació, la precisió i l'exactitud per avaluar el rendiment dels sensors. Es va prestar especial atenció a les respostes dels sensors a l'hidrogen i al deuteri, permetent una anàlisi comparativa de la seva eficàcia en la detecció i diferenciació entre aquests isòtops. Finalment, la superfície del sensor es va modificar amb diversos recobriments (pal·ladi, nitrur de bor hexagonal i grafè) per millorar la seva capacitat de mesurar els isòtops d'hidrogen de manera més efectiva. Aquestes modificacions tenien com a objectiu millorar la selectivitat dels sensors, proporcionant lectures més precises de les concentracions d'aquests isòtops, avançant així en el desenvolupament d'eines de diagnòstic fiables per a la tecnologia de fusió nuclear.