Materiais de eléctrodo para membranas de separação de CO2

• Autor(a) principal: Pereira, João Ricardo Santos
• Data de Publicação: 2011
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/8185
• topic: Engenharia de materiais; Dióxido de carbono; Separação (Tecnologia); Pilhas de combustível

Os sistemas de separação de CO2 através de bombagem electroquímica revelam-se interessantes por permitirem a purificação de fluxos gasosos por transporte de CO2 sob a forma de CO3 2-, através de membranas compósitas à base de um cerâmico (óxido de cério) e de uma mistura de carbonatos alcalinos (Li e Na). Estes dispositivos podem necessitar de materiais de eléctrodo com bom desempenho electroquímico e com maior estabilidade química do que os comercialmente disponíveis. O objectivo deste trabalho enquadra-se neste âmbito de pesquisa. O estudo centra-se em dois conjuntos de materiais de eléctrodo, um normalmente utilizado em baterias de Li e uma segunda classe de materiais referenciados como eléctrodos para pilhas de combustível de óxido sólido. Do primeiro conjunto, foram seleccionados e sintetizados por reacção no estado sólido os óxidos mistos LiCoO2, LiNiO2, LiMnO4 e NaFeO2. Do segundo conjunto, foram estudados pós comerciais de La0,7Sr0,3MnO3- (LaSM), La0,7Sr0,3CoO3- (LaSC), LaCoO3- (LaC) e La0,8Sr0,2Fe0,8Co0,2O3-, (LaSFC). Destes, apenas o LaC e o LaSFC não reagem com o material de electrólito, o que permitiu o seu estudo como eléctrodo. Das técnicas de deposição de eléctrodos analisadas, nomeadamente pintura e co-prensagem unidireccional, a última demonstrou ser mais eficaz e, como tal, foi seleccionada para produzir células simétricas com eléctrodos à base de LaC e LaSFC. A consolidação mecânica e a adesão dos eléctrodos ao electrólito tornam necessária a adição de carbonatos, numa fracção volúmica mínima de 15%, após optimização das condições de sinterização das células. Estudos por espectroscopia de impedância sugerem a existência de contribuições resistivas associadas a reacções de transferência de carga e de difusão. Os eléctrodos compósitos de LaCoO3 + carbonatos também revelaram o melhor desempenho electroquímico. Estes eléctrodos não são estáveis em condições moderadamente redutoras como as encontradas em atmosferas de CO2, o que pode impedir a sua utilização do lado permeável da membrana. Contudo, esta limitação pode ser ultrapassada através da mistura de O2 na corrente de CO2 a permear, com benefícios adicionais na redução da resistividade da membrana compósita. Os eléctrodos de LaSFC apresentam piores propriedades electrocatalíticas, mas são estáveis em atmosferas de CO2. A adição aos eléctrodos compósitos de uma terceira fase à base de óxido de cério, semelhante à utilizada no electrólito, provoca uma degradação do seu comportamento. O desempenho destes eléctrodos cerâmicos é muito superior ao de eléctrodos de ouro em atmosferas de ar, CO2 e O2.