Síntese de óxidos alternativos para células a combustível de óxido sólido de temperatura intermediária

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Souza, Graziele Lopes de
• Orientador(a): Nascimento, Rubens Maribondo do
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Programa de Pós-Graduação: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Eletrólito; Cátodo; Silicato de lantânio; Niquelato de lantânio; Célula a combustível de óxido sólido
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/24413

As células a combustível de óxido sólido são os dispositivos mais eficientes até então inventados para a conversão de combustíveis químicos diretamente em energia elétrica. Estes dispositivos ainda apresentam como desvantagem o funcionamento em temperatura relativamente elevada. Catodos da série La2-xNiO4+d com estrutura K2NiF4 têm se mostrado promissores condutores mistos a temperaturas intermediárias. O interesse por estes óxidos como material funcional para catodo deve-se principalmente à sua permeabilidade a oxigênio e sua estabilidade química e térmica. Este material tem coeficiente de expansão térmica compatível com eletrólitos pertencentes a família La10-x(SiO4)6O2+-d com estrutura apatita. Estes eletrólitos têm condutividades superiores aos eletrólitos à base de zircônia, se utilizados na mesma faixa de temperatura que o catodo acima citado. Este trabalho reporta a síntese de pós de silicato de lantânio tipo apatita de composição La10Si6O27 e niquelato de lantânio (La2NiO4) para serem usados como materiais de eletrólito e catodo, respectivamente, em células a combustível de óxido sólido. O silicato de lantânio foi obtido a partir de uma rota química de co-precipitação, enquanto o catodo foi obtido pelo método do citrato. O procedimento de síntese proposto neste trabalho para a obtenção do material de eletrólito é vantajoso por reduzir o consumo de energia e o tempo de processamento, elementos chaves para reduzir o custo total de manufatura. Ao termino das sínteses os pós precursores foram caracterizados por análise termogravimétrica. Os pós de silicato de lantânio foram calcinados entre 500 e 900 °C e caracterizados por difratometria de raios X com refinamento Rietveld dos dados de difração e microscopia eletrônica de varredura (MEV). O niquelato de lantânio foi calcinado em uma única temperatura, 1200 °C, por 4h e caracterizado por MEV. A caracterização estrutural do eletrólito indicou a formação de material com fase secundária após calcinação a 900 °C. O efeito da temperatura de sinterização, variada entre 1400 a 1450 °C, nas propriedades elétricas foram investigados por espectroscopia de impedância entre 400 e 800 °C em atmosfera de ar. O eletrólito de silicato de lantânio sinterizado a 1450 °C apresentou condutividade elétrica total de 2,12x10-3 S.cm-1 a 700 °C, próximos aos da literatura para amostras sinterizadas a 1500 °C. O desempenho eletroquímico como material de catodo foi avaliado em uma configuração de célula simétrica (catodo/substrato/catodo) usando a técnica de espectroscopia de impedância. Catodos de niquelato de lantânio obtidos por serigrafia e sinterizados a 1300 °C por 4 h apresentaram uma resistência específica de área (REA) de 2,85 ohm.cm2 a 800 °C em atmosfera de oxigênio. O niquelato de lantânio foi misturado com o material do eletrólito e sinterizado na mesma temperatura usada para sinterização do filme de catodo a fim de avaliar possíveis reações químicas entre estes materiais. Os materiais mostraram bons resultados eletroquímicos se comparados com a literatura e estabilidade química até a temperatura de 1300 °C.