Estudo da microestrutura e da condutividade elétrica de perovisquita BaCe0,2Zr0,7M0,1O3-d (M = Y, Gd) - Silva, João Otavio da (2020)
As células a combustível são dispositivos eletroquímicos que geram energia elétrica a partir de reações de oxirredução e surgiram como alternativa na busca atual por fontes renováveis. As Células a Combustível de Óxidos Sólidos (CaCOS) que apresentam eletrólitos condutores protônicos são estudadas por operar em temperaturas reduzidas (quando comparados a condutores iônicos) e por formar água como subproduto da reação no cátodo o que reduz a diluição do combustível que ocorre nos condutores iônicos, onde a água é formada no ânodo, aumentando a eficiência do dispositivo. Materiais de estrutura perovisquita baseados no cerato de bário e zirconato de bário, em suas combinações e adição de dopantes de terras raras, tem sido amplamente investigados com o intuito de aumentar a condutividade protônica e estabilidade química dos eletrólitos em atmosferas redutoras ou oxidantes. No presente trabalho foram estudadas as composições BaZr0,7Ce0,2Y0,1O3-d (BCZY) e BaZr0,7Ce0,2Gd0,1O3-d (BCZG) sintetizadas por meio de mistura de óxidos e por rota de Pechini com o intuito de analisar as diferenças proporcionadas por diferentes processamentos. Também, foi adicionado óxido de zinco para que este atuasse como aditivo de sinterização, que promoveu uma maior densificação e um maior tamanho médio de grão. Outro objetivo foi verificar a atuação dos dopantes, ítrio ou gadolínio. Pela análise de DRX, verificou-se que na rota de Pechini ocorreu a formação das fases BCZG e BCZY após a calcinação, entretanto, para o BCZG há a formação uma fase rica em Cério após a sinterização. As misturas de óxidos, após as calcinações, resultavam em duas ou três fases, porém, após a sinterização observou-se apenas os picos característicos da estrutura perovisquita. Os compostos obtidos pela rota por Pechini, mesmo com a adição de ZnO, e pela mistura de óxidos com uma calcinação, apresentavam porosidade acima de 20%. As composições resultantes da rota com duas calcinações apresentaram maiores valores de densificação (acima de 90%), onde verificou-se uma maior influência do óxido de zinco para o composto BCZY, o qual apresentou um aumento no tamanho de grão, conforme observado por MEV. Com estas amostras densas foram realizadas medidas de espectroscopia de impedância, onde constatou-se uma maior condutividade para a composição BCZY com a utilização do aditivo de sinterização em atmosfera úmida.