Condutividade elétrica da solução sólida céria-zircônia dopada com ítrio e gadolínio
Autor(a) principal: | |
---|---|
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_ |
1813715505753620480 |