Síntese e propriedades elétricas da ferrita de lantânio dopada com estrôncio para possível aplicação como cátodo em células a combustível do tipo SOFC

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Paiva, José Antonio Euzébio
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: https://repositorio.unb.br/handle/10482/40042
Resumo: Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2020.
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spelling Síntese e propriedades elétricas da ferrita de lantânio dopada com estrôncio para possível aplicação como cátodo em células a combustível do tipo SOFCFerrita de lantânio dopada com estrôncioEspectroscopia de impedânciaCélula combustívelDissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2020.Este trabalho teve como objetivo sintetizar ferrita de lantânio dopado com estrôncio (LSF), de fórmula química La1-XSrXFeO3-δ (sendo X = 0, 20, 40, 60, 80 e 100% de Sr2+), para possível aplicação em cátodos de células a combustível de óxido sólido (SOFC). As amostras propostas para estudo foram sintetizadas pelo método dos precursores poliméricos (Pechini). O material particulado obtido após a síntese foi caracterizado por várias técnicas, entre elas: análise térmica diferencial (ATD) e termogravimétrica (ATG), microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM) e difração de raios-X (DRX). Resultados de ATD/TG sugerem a temperatura de tratamento térmico para obtenção do óxido de interesse como 450 °C e a DRX confirma a formação da estrutura do tipo perovskita em todas as amostras sintetizadas com a presença de fases não desejadas, como LaFeO3, Fe2O3 e SrO. Corpos de prova foram compactados (187 MPa), sinterizados (1150 °C/2h) e então caracterizados. Após sinterização verificou-se que o tamanho de grão e a fração de fases cristalinas das amostras foram influenciados com o teor de dopagem. Por outro lado, com espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS), foi possível verificar que a energia de ativação diminui conforme aumenta o teor de dopado, enquanto o valor da condutividade tem um aumento acentuado com posterior diminuição desta grandeza. A amostra mais condutora foi a com 40% de Sr2+, apresentando condutividade de 3,71 × 10-2 S.cm-1 a 95 °C e energia de ativação de 0.29 eV. Finalmente, com a matéria prima que permitiu obter a amostra mais condutora, foi confeccionado o cátodo de célula combustível unitária. Esta célula combustível foi construída usando um eletrólito sólido de óxido de zircônio com suportes porosos tanto para ânodo (NiO) como para cátodo (LSF). Para deposição do material catalítico foi utilizando o método da impregnação. Caracterização física via MEV foi realizada confirmando qualitativamente a aderência do material catalítico na superfície da célula combustível. Os resultados obtidos neste trabalho sugerem que as amostras com 20, 40 e 60% de Sr2+ são adequadas para uso como material catalítico em cátodos de células combustíveis do tipo SOFC, embora seja necessário caracterizar este material no dispositivo eletroquímíco.This work aimed to synthesize strontium-doped lanthanum ferrite (LSF) of the chemical formula La1-XSrXFeO3-δ (where X = 0, 20, 40, 60, 80 and 100% Sr2+) for application in fuel cell cathodes of solid oxide (SOFC). The samples proposed for study were synthesized by the polymeric precursor method (Pechini). The particulate material obtained after the synthesis was characterized by several techniques, among them: differential thermal analysis (DTA) and thermogravimetric (TGA), high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and X-ray diffraction (XRD). DTA/TGA results suggest the heat treatment temperature to obtain the oxide of interest as 450 °C and the XRD confirms the formation of the perovskite type structure in all samples synthesized with the presence of unwanted phases, such as LaFeO3, Fe2O3 and SrO. Specimens were compacted (187 MPa), sintered at 1150 °C/2h and then characterized. After sintering, it was found that the grain size and the fraction of crystalline phases of the samples were influenced by the doping content. On the other hand, with electrochemical impedance spectroscopy (EIS), it was possible to verify that the activation energy decreases as the doped content increases, while the conductivity value has a marked increase with a subsequent decrease in this quantity. The most conductive sample was the one with 40% Sr2+, showing a conductivity of 3.71 × 10-2 S.cm-1 at 95 ° C, 4.17 S.cm-1 at 750 °C (projected) and energy of activation of 0.29 eV. Finally, with the raw material that made it possible to obtain the most conductive sample, the unit fuel cell cathode was made. This fuel cell was built using a solid zirconium oxide electrolyte with porous supports for both anode (NiO) and cathode (LSF). For deposition of the catalytic material, the impregnation method was used. Physical characterization via SEM was performed to qualitatively confirm the adherence of the catalytic material to the fuel cell surface. The results obtained in this work suggest that samples with 20, 40 and 60% Sr2+ are suitable for use as a catalytic material in fuel cell cathodes of the SOFC type, although it is necessary to characterize this material in the electrochemical device.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)Programa de Pós-Graduação em Sistemas MecatrônicosMeneses, Rodrigo Arbey Muñozjoseantonio.e.paiva@gmail.comPaiva, José Antonio Euzébio2021-02-09T02:05:35Z2021-02-09T02:05:35Z2021-02-082020-06-30info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfPAIVA, José Antonio Euzébio. Síntese e propriedades elétricas da ferrita de lantânio dopada com estrôncio para possível aplicação como cátodo em células a combustível do tipo SOFC. 2020. xvi, 116 f., il. Dissertação (Mestrado em Sistemas Mecatrônicos)—Universidade de Brasília, Brasília, 2020.https://repositorio.unb.br/handle/10482/40042A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-03-08T19:02:01Zoai:repositorio.unb.br:10482/40042Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-03-08T19:02:01Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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