Condutividade elétrica da solução sólida céria-zircônia dopada com ítrio e gadolínio

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Antunes, Fábio Coutinho
Data de Publicação: 2009
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/816
Resumo: Rare earth doped ceria has a great potential to be used as electrolyte in temperatures around 800 °C in fuel cells due to its higher electrical conductivity than YSZ. However, the reduction of Ce+4 to Ce+3 in low oxygen partial pressure has introduced limitations for using doped ceria electrolyte due to electronic conduction. Among the several ceria solid solutions, CeO2-ZrO2-Y2O3 attracts attention because its stability at temperatures around 800 °C and oxygen partial pressures up 10-18 atm. On the other hand, ceria solid solutions are very sensitive to the purity of the raw material. For these reason, it is common to find secondary phase along the grain boundary blocking the electrical conduction. For these electrolytes, impurities control the grain boundary conductivity. In this work, powders (Ce0,9-xYx)Zr0,1 and (Ce0,9-xGdx)Zr0,1 with 0.10 ≤ x ≤ 0.24 were prepared by oxides mixing. The effect of successive calcinations and the addition La2O3 was evaluated. Samples obtained by isostatic pressing, were sintered between 1450 and 1600 ° C with two hours of soaking time. Sintered samples were characterized by density measurements, X rays diffraction, scanning electron microscopy and impedance spectroscopy. Among all samples, those doped with 12 mol% of co-dopant aliovalente (Y2O3 ou Gd2O3) showed similar electrical behavior. For these samples it was observed a large increase of grain boundary electrical conductivity for calcined compositions and doped with La2O3 resulting a total electrical conductivity of 4,4x10-4 S.cm-1 at 450 °C in the same order of magnitude of electrolytes Z8Y prepared for this work. Compositions containing Y+3 and La2O3 showed higher electrolytic domain compared to the other investigated compositions.
id SCAR_6a407cb623f3efd418d28ee81b52d095
oai_identifier_str oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/816
network_acronym_str SCAR
network_name_str Repositório Institucional da UFSCAR
repository_id_str 4322
spelling Antunes, Fábio CoutinhoSouza, Dulcina Maria Pinatti Ferreira dehttp://genos.cnpq.br:12010/dwlattes/owa/prc_imp_cv_int?f_cod=K4787362Y3http://lattes.cnpq.br/906666847027155004700f9b-760b-47ca-8d76-9579504970902016-06-02T19:12:04Z2010-11-112016-06-02T19:12:04Z2009-09-10ANTUNES, Fábio Coutinho. Electrical conductivity of solid solution ceria-zirconia doped yttria and gadolinium. 2009. 175 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Exatas e da Terra) - Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2009.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/816Rare earth doped ceria has a great potential to be used as electrolyte in temperatures around 800 °C in fuel cells due to its higher electrical conductivity than YSZ. However, the reduction of Ce+4 to Ce+3 in low oxygen partial pressure has introduced limitations for using doped ceria electrolyte due to electronic conduction. Among the several ceria solid solutions, CeO2-ZrO2-Y2O3 attracts attention because its stability at temperatures around 800 °C and oxygen partial pressures up 10-18 atm. On the other hand, ceria solid solutions are very sensitive to the purity of the raw material. For these reason, it is common to find secondary phase along the grain boundary blocking the electrical conduction. For these electrolytes, impurities control the grain boundary conductivity. In this work, powders (Ce0,9-xYx)Zr0,1 and (Ce0,9-xGdx)Zr0,1 with 0.10 ≤ x ≤ 0.24 were prepared by oxides mixing. The effect of successive calcinations and the addition La2O3 was evaluated. Samples obtained by isostatic pressing, were sintered between 1450 and 1600 ° C with two hours of soaking time. Sintered samples were characterized by density measurements, X rays diffraction, scanning electron microscopy and impedance spectroscopy. Among all samples, those doped with 12 mol% of co-dopant aliovalente (Y2O3 ou Gd2O3) showed similar electrical behavior. For these samples it was observed a large increase of grain boundary electrical conductivity for calcined compositions and doped with La2O3 resulting a total electrical conductivity of 4,4x10-4 S.cm-1 at 450 °C in the same order of magnitude of electrolytes Z8Y prepared for this work. Compositions containing Y+3 and La2O3 showed higher electrolytic domain compared to the other investigated compositions.Céria dopada com terras raras apresentam grande potencial para serem utilizadas como eletrólito em pilhas a combustível em temperaturas próximas a 800 °C devido à maior condutividade elétrica comparada à YSZ. Entretanto, a redução do íon Ce+4 para Ce+3 em baixas pressões parciais de oxigênio limita a utilização de eletrólitos baseados em céria dopada devido à condução eletrônica. Entre as várias soluções sólidas, CeO2-ZrO2-Y2O3 têm atraído atenção por causa da estabilidade em temperaturas ao redor de 800 °C e em pressões parciais de oxigênio de até 10-18 atm. Entretanto, soluções sólida de céria são muito sensíveis à pureza das matérias primas e por esta razão, é comum encontrar fase secundária silicosa no contorno de grão bloqueando a condução elétrica. Para estes eletrólitos as impurezas controlam a condutividade do contorno de grão. Nesta dissertação, pós de (Ce0, 9-xYx)Zr0,1 e (Ce0,9-xGdx)Zr0,1 com 0,10 ≤ x ≤ 0,24 foram preparados via mistura de óxidos. O efeito de calcinações sucessivas e a adição do aditivo seqüestrante de sílica La2O3 foram avaliados. Amostras obtidas por prensagem isostática foram sinterizadas entre 1450 e 1600 °C com patamar de duas horas. Amostras sinterizadas foram caracterizadas por medidas de densidade, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de impedância. Dentre todas as amostras, aquelas dopadas com 12 %mol de co-dopante aliovalente (Y2O3 ou Gd2O3) apresentaram comportamento elétrico semelhante. Para estas amostras foi observado um grande aumento na condutividade elétrica do contorno de grão para composições calcinadas e aditivadas com La2O3 refletindo em uma condutividade elétrica total de 4,4x10-4 S.cm-1 a 450 °C da mesma ordem de magnitude de eletrólitos de Z8Y preparados neste trabalho. Composições contendo Y+3 e aditivadas com La2O3 apresentaram maior domínio eletrolítico comparada às outras composições investigadas.Universidade Federal de Sao Carlosapplication/pdfporUniversidade Federal de São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarBREngenharia de materiaisCélula a combustível (CAC)Eletrólito sólidoSólido iônico condutorENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICACondutividade elétrica da solução sólida céria-zircônia dopada com ítrio e gadolínioElectrical conductivity of solid solution ceria-zirconia doped yttria and gadoliniuminfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis-1-170fa011e-1108-4239-97ab-fe5cd4b2d233info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINAL3296.pdfapplication/pdf5077679https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/816/1/3296.pdffe2995795d550b8472d994e69567ff00MD51THUMBNAIL3296.pdf.jpg3296.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6153https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/816/2/3296.pdf.jpg0d9f0924d2a31b2c31df795b45300026MD52ufscar/8162023-09-18 18:30:40.189oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/816Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:30:40Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
dc.title.por.fl_str_mv Condutividade elétrica da solução sólida céria-zircônia dopada com ítrio e gadolínio
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv Electrical conductivity of solid solution ceria-zirconia doped yttria and gadolinium
title Condutividade elétrica da solução sólida céria-zircônia dopada com ítrio e gadolínio
spellingShingle Condutividade elétrica da solução sólida céria-zircônia dopada com ítrio e gadolínio
Antunes, Fábio Coutinho
Engenharia de materiais
Célula a combustível (CAC)
Eletrólito sólido
Sólido iônico condutor
ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
title_short Condutividade elétrica da solução sólida céria-zircônia dopada com ítrio e gadolínio
title_full Condutividade elétrica da solução sólida céria-zircônia dopada com ítrio e gadolínio
title_fullStr Condutividade elétrica da solução sólida céria-zircônia dopada com ítrio e gadolínio
title_full_unstemmed Condutividade elétrica da solução sólida céria-zircônia dopada com ítrio e gadolínio
title_sort Condutividade elétrica da solução sólida céria-zircônia dopada com ítrio e gadolínio
author Antunes, Fábio Coutinho
author_facet Antunes, Fábio Coutinho
author_role author
dc.contributor.authorlattes.por.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/9066668470271550
dc.contributor.author.fl_str_mv Antunes, Fábio Coutinho
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Souza, Dulcina Maria Pinatti Ferreira de
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://genos.cnpq.br:12010/dwlattes/owa/prc_imp_cv_int?f_cod=K4787362Y3
dc.contributor.authorID.fl_str_mv 04700f9b-760b-47ca-8d76-957950497090
contributor_str_mv Souza, Dulcina Maria Pinatti Ferreira de
dc.subject.por.fl_str_mv Engenharia de materiais
Célula a combustível (CAC)
Eletrólito sólido
Sólido iônico condutor
topic Engenharia de materiais
Célula a combustível (CAC)
Eletrólito sólido
Sólido iônico condutor
ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
dc.subject.cnpq.fl_str_mv ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
description Rare earth doped ceria has a great potential to be used as electrolyte in temperatures around 800 °C in fuel cells due to its higher electrical conductivity than YSZ. However, the reduction of Ce+4 to Ce+3 in low oxygen partial pressure has introduced limitations for using doped ceria electrolyte due to electronic conduction. Among the several ceria solid solutions, CeO2-ZrO2-Y2O3 attracts attention because its stability at temperatures around 800 °C and oxygen partial pressures up 10-18 atm. On the other hand, ceria solid solutions are very sensitive to the purity of the raw material. For these reason, it is common to find secondary phase along the grain boundary blocking the electrical conduction. For these electrolytes, impurities control the grain boundary conductivity. In this work, powders (Ce0,9-xYx)Zr0,1 and (Ce0,9-xGdx)Zr0,1 with 0.10 ≤ x ≤ 0.24 were prepared by oxides mixing. The effect of successive calcinations and the addition La2O3 was evaluated. Samples obtained by isostatic pressing, were sintered between 1450 and 1600 ° C with two hours of soaking time. Sintered samples were characterized by density measurements, X rays diffraction, scanning electron microscopy and impedance spectroscopy. Among all samples, those doped with 12 mol% of co-dopant aliovalente (Y2O3 ou Gd2O3) showed similar electrical behavior. For these samples it was observed a large increase of grain boundary electrical conductivity for calcined compositions and doped with La2O3 resulting a total electrical conductivity of 4,4x10-4 S.cm-1 at 450 °C in the same order of magnitude of electrolytes Z8Y prepared for this work. Compositions containing Y+3 and La2O3 showed higher electrolytic domain compared to the other investigated compositions.
publishDate 2009
dc.date.issued.fl_str_mv 2009-09-10
dc.date.available.fl_str_mv 2010-11-11
2016-06-02T19:12:04Z
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2016-06-02T19:12:04Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv ANTUNES, Fábio Coutinho. Electrical conductivity of solid solution ceria-zirconia doped yttria and gadolinium. 2009. 175 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Exatas e da Terra) - Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2009.
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/816
identifier_str_mv ANTUNES, Fábio Coutinho. Electrical conductivity of solid solution ceria-zirconia doped yttria and gadolinium. 2009. 175 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Exatas e da Terra) - Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2009.
url https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/816
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.relation.confidence.fl_str_mv -1
-1
dc.relation.authority.fl_str_mv 70fa011e-1108-4239-97ab-fe5cd4b2d233
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de São Carlos
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
dc.publisher.initials.fl_str_mv UFSCar
dc.publisher.country.fl_str_mv BR
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de São Carlos
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFSCAR
instname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
instacron:UFSCAR
instname_str Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
instacron_str UFSCAR
institution UFSCAR
reponame_str Repositório Institucional da UFSCAR
collection Repositório Institucional da UFSCAR
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/816/1/3296.pdf
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/816/2/3296.pdf.jpg
bitstream.checksum.fl_str_mv fe2995795d550b8472d994e69567ff00
0d9f0924d2a31b2c31df795b45300026
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1802136247204839424