Estudo da microestrutura e da condutividade elétrica de perovisquita BaCe0,2Zr0,7M0,1O3-d (M = Y, Gd)
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPG |
Texto Completo: | http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/3275 |
Resumo: | As células a combustível são dispositivos eletroquímicos que geram energia elétrica a partir de reações de oxirredução e surgiram como alternativa na busca atual por fontes renováveis. As Células a Combustível de Óxidos Sólidos (CaCOS) que apresentam eletrólitos condutores protônicos são estudadas por operar em temperaturas reduzidas (quando comparados a condutores iônicos) e por formar água como subproduto da reação no cátodo o que reduz a diluição do combustível que ocorre nos condutores iônicos, onde a água é formada no ânodo, aumentando a eficiência do dispositivo. Materiais de estrutura perovisquita baseados no cerato de bário e zirconato de bário, em suas combinações e adição de dopantes de terras raras, tem sido amplamente investigados com o intuito de aumentar a condutividade protônica e estabilidade química dos eletrólitos em atmosferas redutoras ou oxidantes. No presente trabalho foram estudadas as composições BaZr0,7Ce0,2Y0,1O3-d (BCZY) e BaZr0,7Ce0,2Gd0,1O3-d (BCZG) sintetizadas por meio de mistura de óxidos e por rota de Pechini com o intuito de analisar as diferenças proporcionadas por diferentes processamentos. Também, foi adicionado óxido de zinco para que este atuasse como aditivo de sinterização, que promoveu uma maior densificação e um maior tamanho médio de grão. Outro objetivo foi verificar a atuação dos dopantes, ítrio ou gadolínio. Pela análise de DRX, verificou-se que na rota de Pechini ocorreu a formação das fases BCZG e BCZY após a calcinação, entretanto, para o BCZG há a formação uma fase rica em Cério após a sinterização. As misturas de óxidos, após as calcinações, resultavam em duas ou três fases, porém, após a sinterização observou-se apenas os picos característicos da estrutura perovisquita. Os compostos obtidos pela rota por Pechini, mesmo com a adição de ZnO, e pela mistura de óxidos com uma calcinação, apresentavam porosidade acima de 20%. As composições resultantes da rota com duas calcinações apresentaram maiores valores de densificação (acima de 90%), onde verificou-se uma maior influência do óxido de zinco para o composto BCZY, o qual apresentou um aumento no tamanho de grão, conforme observado por MEV. Com estas amostras densas foram realizadas medidas de espectroscopia de impedância, onde constatou-se uma maior condutividade para a composição BCZY com a utilização do aditivo de sinterização em atmosfera úmida. |
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Estudo da microestrutura e da condutividade elétrica de perovisquita BaCe0,2Zr0,7M0,1O3-d (M = Y, Gd). 2020. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência de Materiais) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2020.http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/3275As células a combustível são dispositivos eletroquímicos que geram energia elétrica a partir de reações de oxirredução e surgiram como alternativa na busca atual por fontes renováveis. As Células a Combustível de Óxidos Sólidos (CaCOS) que apresentam eletrólitos condutores protônicos são estudadas por operar em temperaturas reduzidas (quando comparados a condutores iônicos) e por formar água como subproduto da reação no cátodo o que reduz a diluição do combustível que ocorre nos condutores iônicos, onde a água é formada no ânodo, aumentando a eficiência do dispositivo. Materiais de estrutura perovisquita baseados no cerato de bário e zirconato de bário, em suas combinações e adição de dopantes de terras raras, tem sido amplamente investigados com o intuito de aumentar a condutividade protônica e estabilidade química dos eletrólitos em atmosferas redutoras ou oxidantes. No presente trabalho foram estudadas as composições BaZr0,7Ce0,2Y0,1O3-d (BCZY) e BaZr0,7Ce0,2Gd0,1O3-d (BCZG) sintetizadas por meio de mistura de óxidos e por rota de Pechini com o intuito de analisar as diferenças proporcionadas por diferentes processamentos. Também, foi adicionado óxido de zinco para que este atuasse como aditivo de sinterização, que promoveu uma maior densificação e um maior tamanho médio de grão. Outro objetivo foi verificar a atuação dos dopantes, ítrio ou gadolínio. Pela análise de DRX, verificou-se que na rota de Pechini ocorreu a formação das fases BCZG e BCZY após a calcinação, entretanto, para o BCZG há a formação uma fase rica em Cério após a sinterização. As misturas de óxidos, após as calcinações, resultavam em duas ou três fases, porém, após a sinterização observou-se apenas os picos característicos da estrutura perovisquita. Os compostos obtidos pela rota por Pechini, mesmo com a adição de ZnO, e pela mistura de óxidos com uma calcinação, apresentavam porosidade acima de 20%. As composições resultantes da rota com duas calcinações apresentaram maiores valores de densificação (acima de 90%), onde verificou-se uma maior influência do óxido de zinco para o composto BCZY, o qual apresentou um aumento no tamanho de grão, conforme observado por MEV. Com estas amostras densas foram realizadas medidas de espectroscopia de impedância, onde constatou-se uma maior condutividade para a composição BCZY com a utilização do aditivo de sinterização em atmosfera úmida.Fuel cells are electrochemical devices that generate electrical energy from redox reactions and have emerged as an alternative in the current search for renewable sources. Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) with proton conductor electrolytes are studied for operating at reduced temperatures (when compared to ionic conductors) and by forming water as a by-product of the reaction at the cathode which reduces the fuel dilution that occurs in ionic conductors, where water is formed at the anode, increasing the efficiency of the device. Perovskite structure materials based on barium cerate and barium zirconate, their combinations and the addition of rare earth dopants, have been extensively investigated in order to optimize the proton conductivity and chemical resistance of the compound in oxidizing and reducing atmospheres. In the present work, the compositions BaZr0,7Ce0,2Y0,1O3-d (BCZY) and BaZr0,7Ce0,2Gd0,1O3-d (BCZG), obtained from mixtures of oxides and by the Pechini route have been studied in order to analyze the differences provided by different processes. In addition, the use of zinc oxide is evaluated as a sintering aid, promoting greater density and a larger average grain size. Another objective was to verify the performance of dopants, yttrium or gadolinium. By XRD analysis, it was found that by the Pechini route the formation of compounds occurs after calcination, however, for BCZG there is a formation in a cerium-rich phase after sintering. By mixtures of oxides, after calcination, it was found two or three phases, however, after sintering, they are only the characteristic indicators of the perovskite structure. The compounds selected by the route by Pechini, even with the addition of ZnO, and by the mixture of oxides with one calcination step, present a porosity above 20%. The compositions resulting from the route with two calcinations showed higher values densification (above 90%), in which there was a greater influence of zinc oxide for the compound BCZY, which showed an increase in grain size, as observed by SEM. With these dense samples, impedance spectroscopy measurements were performed, which showed a higher conductivity for the BCZY composition with the use of the sintering additive in a humid atmosphere.Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2020-12-17T19:09:27Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) João Otavio da Silva.pdf: 3240450 bytes, checksum: 579a3b0f9d7f91b1c13f6fbfa8783bcd (MD5)Made available in DSpace on 2020-12-17T19:09:27Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) João Otavio da Silva.pdf: 3240450 bytes, checksum: 579a3b0f9d7f91b1c13f6fbfa8783bcd (MD5) Previous issue date: 2020-04-29Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorporUniversidade Estadual de Ponta GrossaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências de MateriaisUEPGBrasilDepartamento de Engenharia de MateriaisAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICACélula a CombustívelEletrólito Óxido SólidoCondutor ProtônicoPerovisquita.Fuel CellSolid Oxide ElectrolyteProton conductorPerovskiteEstudo da microestrutura e da condutividade elétrica de perovisquita BaCe0,2Zr0,7M0,1O3-d (M = Y, Gd)info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPGinstname:Universidade Estadual de Ponta Grossa (UEPG)instacron:UEPGLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81866http://tede2.uepg.br/jspui/bitstream/prefix/3275/3/license.txt43cd690d6a359e86c1fe3d5b7cba0c9bMD53CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811http://tede2.uepg.br/jspui/bitstream/prefix/3275/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52ORIGINALJoão Otavio da Silva.pdfJoão Otavio da Silva.pdfdissertação completa em pdfapplication/pdf3240450http://tede2.uepg.br/jspui/bitstream/prefix/3275/1/Jo%c3%a3o%20Otavio%20da%20Silva.pdf579a3b0f9d7f91b1c13f6fbfa8783bcdMD51prefix/32752020-12-17 17:10:19.096oai:tede2.uepg.br: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 Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://tede2.uepg.br/jspui/PUBhttp://tede2.uepg.br/oai/requestbicen@uepg.br||mv_fidelis@yahoo.com.bropendoar:2020-12-17T19:10:19Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPG - Universidade Estadual de Ponta Grossa (UEPG)false |
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As células a combustível são dispositivos eletroquímicos que geram energia elétrica a partir de reações de oxirredução e surgiram como alternativa na busca atual por fontes renováveis. As Células a Combustível de Óxidos Sólidos (CaCOS) que apresentam eletrólitos condutores protônicos são estudadas por operar em temperaturas reduzidas (quando comparados a condutores iônicos) e por formar água como subproduto da reação no cátodo o que reduz a diluição do combustível que ocorre nos condutores iônicos, onde a água é formada no ânodo, aumentando a eficiência do dispositivo. Materiais de estrutura perovisquita baseados no cerato de bário e zirconato de bário, em suas combinações e adição de dopantes de terras raras, tem sido amplamente investigados com o intuito de aumentar a condutividade protônica e estabilidade química dos eletrólitos em atmosferas redutoras ou oxidantes. No presente trabalho foram estudadas as composições BaZr0,7Ce0,2Y0,1O3-d (BCZY) e BaZr0,7Ce0,2Gd0,1O3-d (BCZG) sintetizadas por meio de mistura de óxidos e por rota de Pechini com o intuito de analisar as diferenças proporcionadas por diferentes processamentos. Também, foi adicionado óxido de zinco para que este atuasse como aditivo de sinterização, que promoveu uma maior densificação e um maior tamanho médio de grão. Outro objetivo foi verificar a atuação dos dopantes, ítrio ou gadolínio. Pela análise de DRX, verificou-se que na rota de Pechini ocorreu a formação das fases BCZG e BCZY após a calcinação, entretanto, para o BCZG há a formação uma fase rica em Cério após a sinterização. As misturas de óxidos, após as calcinações, resultavam em duas ou três fases, porém, após a sinterização observou-se apenas os picos característicos da estrutura perovisquita. Os compostos obtidos pela rota por Pechini, mesmo com a adição de ZnO, e pela mistura de óxidos com uma calcinação, apresentavam porosidade acima de 20%. As composições resultantes da rota com duas calcinações apresentaram maiores valores de densificação (acima de 90%), onde verificou-se uma maior influência do óxido de zinco para o composto BCZY, o qual apresentou um aumento no tamanho de grão, conforme observado por MEV. Com estas amostras densas foram realizadas medidas de espectroscopia de impedância, onde constatou-se uma maior condutividade para a composição BCZY com a utilização do aditivo de sinterização em atmosfera úmida. |
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