Desenvolvimento e caracterização eletroquímica de pilha a combustível de óxido sólido

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Antonio de Padua Lima Fernandes
Data de Publicação: 2016
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-AEDP4Z
Resumo: Nowadays there is an ever growing demand for energy. In this context, various studies are conducted, searching for new forms of efficient power generation. The solid oxide fuel cells come as strong candidates since it is a device with high electric power production capacity and a steady power source. In this device the chemical energy contained in a fuel is converted directly into electricity and heat. For this technology to be increasingly widespread, it is necessary to make investments and research in optimization and development of new materials for components operating at increasingly lower temperatures, reducing production costs and increasing the devices lifespan. It is also required to make investments related to production, transport and storage of hydrogen (or fuel used). In this work modifications were made at the cathode, anode and electrolyte of the cell in order to optimize its performance. In cathodes were assessed issues such as the influence of LSCF powder composition in the electrochemical properties of functional and collector layers. The LSCF powder with the composition La0,54Sr0,44Co0,2Fe0,8O3-[delta] showed the best performance for use in the functional layer, providing more a homogeneous microstructure and adhering to the electrolyte. Whereas the LSCF in the composition La0,6Sr0,4Co0,8Fe0,2O3-[delta] showed the best composition performance for use in the collecting layer. It was also evaluated the use of carbon black and rice starch pore formers in the collector layer of the cathode, resulting that rice starch is a more suitable pore forming for the collector layer of the cathode, since the porosity of this layer presented greatest homogeneity. In the electrolyte, it was proposed to use two layers, a (ZrO2)0,92(Y2O3)0,08 YSZ and another Gd0,2CeO0,83 GDC and performed the deposition of the electrolyte by screen printing and densification of the GDC layer from doping with 2% zinc. At the anode, two compositions were tested, NiO-YSZ cermet and the other NiO-GDC. The NiO-YSZ was used as support for the produced cell and its efficiency for ethanol reforming was evaluated. The impregnation of this anode with silver, molybdenum and niobium was also carried out and its effect on ethanol reforming process was evaluated. The second anode composition was initially tested for the search, of a new choice of material, with a greater efficiency of this material in relation to the first composition studied.
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For this technology to be increasingly widespread, it is necessary to make investments and research in optimization and development of new materials for components operating at increasingly lower temperatures, reducing production costs and increasing the devices lifespan. It is also required to make investments related to production, transport and storage of hydrogen (or fuel used). In this work modifications were made at the cathode, anode and electrolyte of the cell in order to optimize its performance. In cathodes were assessed issues such as the influence of LSCF powder composition in the electrochemical properties of functional and collector layers. The LSCF powder with the composition La0,54Sr0,44Co0,2Fe0,8O3-[delta] showed the best performance for use in the functional layer, providing more a homogeneous microstructure and adhering to the electrolyte. Whereas the LSCF in the composition La0,6Sr0,4Co0,8Fe0,2O3-[delta] showed the best composition performance for use in the collecting layer. It was also evaluated the use of carbon black and rice starch pore formers in the collector layer of the cathode, resulting that rice starch is a more suitable pore forming for the collector layer of the cathode, since the porosity of this layer presented greatest homogeneity. In the electrolyte, it was proposed to use two layers, a (ZrO2)0,92(Y2O3)0,08 YSZ and another Gd0,2CeO0,83 GDC and performed the deposition of the electrolyte by screen printing and densification of the GDC layer from doping with 2% zinc. At the anode, two compositions were tested, NiO-YSZ cermet and the other NiO-GDC. The NiO-YSZ was used as support for the produced cell and its efficiency for ethanol reforming was evaluated. The impregnation of this anode with silver, molybdenum and niobium was also carried out and its effect on ethanol reforming process was evaluated. The second anode composition was initially tested for the search, of a new choice of material, with a greater efficiency of this material in relation to the first composition studied.Atualmente há uma demanda cada vez maior de energia. Neste contexto, várias pesquisas são realizadas visando a busca de novas formas de geração eficiente de energia. As pilhas a combustível de óxido sólido se fazem presentes como um forte candidato uma vez que são um dispositivo com elevada capacidade de produção de energia elétrica e uma fonte estável de potência. Neste dispositivo a energia química contida em um combustível é convertida diretamente em energia elétrica e calor. Para que esta tecnologia seja cada vez mais difundida são necessários investimentos e pesquisas nas áreas de otimização e desenvolvimentos de novos materiais componentes para operação em temperaturas cada vez mais baixas, reduzindo os custos de produção e aumentando a vida útil do dispositivo. Também são necessários investimentos relacionados à produção, transporte e estocagem do hidrogênio ou combustível a ser utilizado. Neste trabalho foram realizadas modificações no catodo, anodo e eletrólito da célula com o objetivo de otimizar seu desempenho. No catodo foram avaliadas questões como a influência da composição do pó de LSCF nas propriedades eletroquímicas das camadas funcional e coletora. O pó de LSCF com composição La0,54Sr0,44Co0,2Fe0,8O3-[delta] apresentou melhor desempenho para a utilização na camada funcional, fornecendo microestrutura mais homogênea e aderente ao eletrólito. Com composição La0,6Sr0,4Co0,8Fe0,2O3-[delta] o catodo de LSCF apresentou melhor desempenho para uso na camada coletora. Também foi avaliada a utilização de negro de fumo e amido de arroz como formadores de poros na camada coletora do catodo, obtendo-se o amido de arroz como formador de poros mais adequado à camada coletora do catodo, uma vez que a porosidade desta camada ficou mais homogênea. No eletrólito foi proposta a utilização de duas camadas, uma de (ZrO2)0,92(Y2O3)0,08 - ZEI e outra de Gd0,2CeO0,83 - CGO e foi trabalhada a deposição destes eletrólitos por serigrafia e a densificação da camada de CGO a partir da dopagem com 2% de Zinco. No anodo, trabalhou-se com duas composições, um cermet NiO-ZEI e o outro NiO-CGO. O anodo de NiO-ZEI foi utilizado como suporte para as células produzidas e foi avaliada a sua eficiência para a reação de reforma de etanol. A impregnação deste anodo com prata, molibdênio e nióbio também foi realizada e seus efeitos no processo de reforma de etanol foram avaliados. A segunda composição do anodo, foi inicialmente testada buscando, além de uma nova opção de material, uma maior eficiência deste material em relação à primeira composição estudada.Universidade Federal de Minas GeraisUFMGTulio MatencioRosana Zacarias DominguesArilza de Oliveira PortoVanya Marcia Duarte PasaFernando Castro de OliveiraDiana Quintão LimaAntonio de Padua Lima Fernandes2019-08-13T04:44:12Z2019-08-13T04:44:12Z2016-08-05info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1843/SFSA-AEDP4Zinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMG2019-11-15T00:14:31Zoai:repositorio.ufmg.br:1843/SFSA-AEDP4ZRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oairepositorio@ufmg.bropendoar:2019-11-15T00:14:31Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false
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