Cobaltita de bário (Ba2Co9O14): caracterização estrutural e performance eletroquímica para reação de evolução de oxigênio e cerâmicas protônicas

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Lapenda Filho, Antonio Carlos
• Orientador(a): Macedo, Daniel Araújo de , Raimundo, Rafael Alexandre
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal da Paraíba
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
• Departamento: Engenharia de Materiais
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Eletroquímica; Energia - Meio ambiente; Composto cobaltita de Bário - Ba2Co9O14; Water splitting; Protônicos; Electrochemistry; Energy - Environment; Barium cobaltite compound - Ba2Co9O14; Protons
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
• Link de acesso: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/32126

A geração de energia pode ser melhor aproveitada quando se une eficiência energética e menor risco ambiental, principalmente nas áreas onde o uso de derivados do petróleo se fazem presentes. Estudos na área da eletroquímica, ajudam no desenvolvimento de dispositivos como catalisadores de baixo custo e alta performance, que são essenciais para aplicações eletroquímicas, como “water splitting” (WS) e células combustíveis. Neste Trabalho, foi sintetizado o composto Ba2Co9O14 (BCO) do tipo placa, através do método de reação do estado sólido e foi avaliado seu potencial como um eletro catalisador para a reação de evolução de oxigênio (OER) e como eletrodo para células de cerâmica protônica (PCC). Com relação a OER, o BCO obtido exibiu um sobre potencial de 366 mV a 10 mA/cm² e uma inclinação de Tafel de 67 mV/dec, um resultado superior aqueles reportados para a maioria dos materiais baseados em cobaltitas. Os parâmetros de capacitância de dupla camada (Cdl), área de superfície eletroquimicamente ativa (ECSA) e atividade específica (SA), que refletem a performance do BCO, foram determinadas como sendo 4,98 mF/cm²; 124,5 cm² e 3,58 mA/cm², respectivamente. Já com relação as cerâmicas condutoras de prótons, o BCO é empregado pela primeira vez como eletrocatalisador para reações de oxigênio em PCCs em contato com um eletrólito BaZr0,852Y0,148O3-δ (BZY15) + 4 mols% de ZnO (como agente de sinterização). O BCO apresenta desempenho eletroquímico comparável ao atual eletrodo de oxigênio de última geração sob condições úmidas (PH2O ~ 10-2 atm), além disso demonstra excelente compatibilidade química com o eletrólito BZY15. Devido a morfologia semelhante a placas do grão do eletrodo BCO e considerando sua fraca condução iônica em massa, o processo de difusão superficial torna-se altamente importante na explicação do comportamento eletroquímico de alto desempenho, além disso, a análise dos dados da espectroscopia de impedância mostra o vazamento eletrônico dentro do substrato eletrolítico, porém para resolver este problema é aplicada uma correção de dados, revelando que a cinética do eletrodo é fortemente limitada pela difusão de oxigênio na superfície dos grãos BCO em direção ao limite da fase tripla, onde ocorre a transferência de prótons, liberando água. Em contraste, as etapas de adsorção e/ou dissociações de oxigênio são facilitadas dado o caráter predominantemente eletrônico do material BCO, que é sugerido como originário de um pequeno salto polaron entre os pares Co3+/Co2+.