Efeito da composição no transporte iónico em eletrólitos compósitos

• Autor(a) principal: Loureiro, Francisco José Almeida
• Data de Publicação: 2012
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/9757
• topic: Engenharia de materiais; Pilhas de combustível; Electrólitos: Compósitos; Compósitos com matriz cerâmica; Condutividade iónica

Os eletrólitos compósitos constituídos por uma matriz cerâmica de céria e uma mistura de carbonatos alcalinos têm vindo a justificar algum interesse na área das pilhas de combustível. A possibilidade de funcionarem a temperaturas intermédias (400 - 600 °C) permite a utilização de materiais convencionais na construção destes dispositivos, uma das vantagens destes novos sistemas. Contudo, o mecanismo de condução nestes materiais permanece ainda incerto. Conhece-se o transporte de iões óxido e carbonatos, mas não é claro o possível papel da condução protónica. O presente trabalho pretendeu explorar a modificação desta região por via composicional, testando o efeito de óxidos alternativos na condutividade iónica do eletrólito. Estes óxidos foram selecionados numa lógica de afinidade com alguns dos eletrólitos mais utilizados em pilhas de combustível (ZrO2 e CeO2) e caráter ácido-base diverso (a saber: Y2O3, La2O3, Gd2O3, Dy2O3, Yb2O3, Ce0,9Gd0,1O2-, HfO2 e TiO2). Os novos compósitos foram avaliados em termos de estabilidade química entre os seus dois componentes por uma combinação de técnicas analíticas, nomeadamente difração de raios X, espetroscopia do infravermelho e Raman. O comportamento elétrico de misturas selecionadas foi caracterizado por espetroscopia de impedância, estudando-se a influência da atmosfera (ar, CO2, O2 e N2-H2) na condutividade. Os resultados mostram uma forte dependência da condutividade em função da atmosfera envolvente, verificando-se um notável efeito ligado à instabilidade química do compósito. De todos os materiais estudados, o compósito à base de Yb2O3 é o único estável nas diferentes atmosferas e temperaturas, apresentando uma condutividade na ordem dos 0,1 S.cm-1 a 580 °C, semelhante ao valor para o eletrólito de referência à base de Ce0,9Gd0,1O2-. Esta descoberta abre uma pista promissora para o estudo deste tipo de materiais e fenómenos relacionados.