Efeito do método de preparação nas propriedades de catalisadores anódicos de céria para células a combustível de óxido sólido - Braga, Claudio Taranto Lima (2022)
Considerando a atual necessidade de energia, em todos os aspectos da vida moderna, torna-se fundamental atender às crescentes demandas dentro de uma óptica de sustentabilidade do planeta. As fontes fósseis usadas para o suprimento de energia causam severos impactos ambientais, tornando urgente a busca por fontes de energia renovável, bem como a geração eficiente de energia. Entre as tecnologias propostas para superar essas dificuldades, as células a combustível de óxido sólido (SOFCS) são reconhecidas como as mais adequadas para a produção de energia limpa em larga escala, especialmente em lugares remotos. Esses dispositivos são versáteis e apresentam a vantagem de utilizar diversos combustíveis, incluindo o biogás, um combustível renovável, constituído por metano e dióxido de carbono. Essa mistura gasosa pode ser alimentada diretamente do ânodo da SOFC, sobre um catalisador adequado e produzir hidrogênio e gás de síntese, reagentes da reação eletroquímica, que irá produzir eletricidade. Neste trabalho, foram estudados catalisadores de níquel (10%m/m) suportado em óxido de cério dopado, ou não, com gadolínio (10%m/m), preparados por diferentes métodos, com vistas a obter catalisadores destinados à reforma seca (reação entre metano e dióxido de carbono), diretamente no ânodo da SOFC. Foram empregados os métodos sol-gel, da combustão e Marcilly para a obtenção dos suportes que foram impregnados com soluções de nitrato de níquel (10% m). Os suportes e catalisadores foram caracterizados por difração de raios X, redução à temperatura programada, espectroscopia Raman, espectroscopia na região do UVVisível, espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, dessorção à temperatura programada com amônia e microscopia eletrônica de transmissão. Observou-se a formação da fase cúbica do óxido de cério, em todas as amostras, independentemente do método de preparação e da presença de gadolínio. Foi identificada a presença do óxido de níquel, mas o gadolínio formou uma solução sólida com o óxido de cério. Na rede desse óxido, o gadolínio induziu a formação de vacâncias de oxigênio, aumentando a mobilidade dos íons no sólido e facilitando o processo de redução. Este efeito foi mais acentuado nas amostras preparadas pelos métodos de Marcilly e combustão. O método de preparação diminuiu a interação do níquel com o suporte na ordem combustão<Marcilly<sol-gel, dificultando a redução do níquel, independentemente da presença de gadolínio. Em todos os casos, observou-se apenas a formação de sítios ácidos fracos e moderados, relacionados à presença de defeitos estruturais, que favorecem a estocagem de oxigênio com alta capacidade de doação de elétrons. O método de Marcilly conduziu à formação de sítios ácidos mais fracos, em relação aos materiais obtidos pelos outros métodos. Os tamanhos médios de partículas dos catalisadores foram dependentes do método de preparação na ordem Marcilly<combustão<<sol-gel. Considerando as propriedades geradas nos sólidos, como resultado dos diferentes métodos, o catalisador contendo gadolínio e preparado pelo método de Marcilly é o mais promissor para conduzir a reforma seca no ânodo de uma SOFC. Ele possui o mais baixo teor de nitrato, as partículas menores e a acidez mais baixa, que são propriedades adequadas para essa aplicação.