Síntese química de materiais a base de zirconato de cálcio para células a combustível de óxido sólido (SOFC)

• Autor(a) principal: Vieira, Bruno Müller
• Data de Publicação: 2017
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFPel - Guaiaca
• Texto Completo: http://guaiaca.ufpel.edu.br/handle/prefix/9029
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA; Célula a combustível; Síntese por combustão; CaZrO 3; La 0,6 Sr0 4MnO3; NiO; Fuel cell; Combustion synthesis

As células a combustível permitem a produção de energia elétrica a partir de uma re ação eletroquímica limpa. Entre os seus vários tipos, a célula a combustível do tipo óxido sólido (SOFC) opera em altas temperaturas, permitindo à conversão de um com bustível a base de hidrogênio em eletricidade, onde água é gerada como subproduto. O principal elemento da SOFC é uma monocélula formada pela união de três compo nentes que são o ânodo, o cátodo e o eletrólito. Nesta tese, os materiais cerâmicos compósitos CaZrO 3 -La 0;6 Sr0;4MnO3, CaZrO 3-NiO e CaZrO 3 foram sintetizados via mé todo de combustão, para aplicação como cátodo, ânodo e eletrólito, respectivamente. O material cerâmico CaZrO3 é condutor iônico, protônico e resistente a alta tempera tura. O método de síntese por combustão foi escolhido devido à capacidade de gerar materiais com distintas porosidades e densidades obtidas pelas próprias característi cas da reação de combustão. Para a obtenção de uma pastilha adequada, é neces sária a sinterização de camadas com características mecânicas, térmicas e texturais apropriadas e com ajuste dos coeficientes de expansão térmica, exigindo excelente junção entre elas. Os materiais cerâmicos compósitos formados foram caracteriza dos, através da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Dilatometria, Termogra vimetria, Difração de Raios-X (DRX) e Espectroscopia de Impedância (EIE). Foram caracterizados com o objetivo de se obter os componentes principais para a formação de uma célula SOFC através do método de combustão. Os resultados demonstraram que os materiais sintetizados pelo método de combustão possuem potencial para se rem utilizados em uma célula SOFC. O CaZrO 3 foi utilizado nos três componentes da monocélula para melhor compatibilidade em termos de expansão térmica entre as jun ções. À 800°C, foi confirmada a formação de CaZrO 3 . A perda de massa e a retração ficaram próximas, sendo que o cátodo e o ânodo apresentaram uma porosidade con siderável, conforme analisado por MEV. Na EIE as análises apresentaram uma baixa energia de ativação e os materiais se demonstraram compatíveis, fato este essencial para a construção de uma adequada célula SOFC. As espécies móveis em cada fase dos três componentes apresentaram vacâncias de oxigênio, condução de elétrons no compósito com NiO e buracos eletrônicos no cátodo. A energia de ativação obtida foi de 0,90; 0,85 e 0,51 eV para o eletrólito, ânodo e cátodo, respectivamente.