Estudo de primeiros princípios das perovskitas Pr1-xSrxCrO3-δ : aplicação em células a combustível do tipo Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs)

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Peres, Mário Henrique Nunes
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Viçosa
• Palavras-chave em Português: Perovskitas; Ab initio; Células a combustível; SOFC; Física da Matéria Condensada
• Link de acesso: https://locus.ufv.br//handle/123456789/27741

A busca por novas formas de geração de energia limpa tem impulsionado a pesquisa em novos materiais para a fabricação de células a combustível. O fato de produzirem energia elétrica a partir da reação química de oxirredução entre oxigênio e hidrogênio, sem a necessidade de uso de combustíveis fósseis e a geração de gases nocivos, tornam as células a combustível fortes candidatas para aplicações tecnológicas em energia. Entre elas está a célula a combustível de óxido sólido (SOFCs). As perovskitas estão entre os materiais promissores para a fabricação de catodos para compor as SOFCS. Como é sabido o catodo dessas células faz a interface entre o eletrólito e o comburente, geralmente o gás oxigênio. E um de seus principais papéis é conduzir os elétrons e catalizar a redução do O 2 . A vacância de oxigênio nas perovskitas óxidas tem papel fundamental na otimização desse processo. Este trabalho apresenta o estudo sistemático das propriedades estruturais, eletrônicas, magnéticas, e termodinâmicas das perovskitas cúbicas Pr 1-x Sr x CrO 3-δ , para x = 0, 0,25 e 1, e δ = 0 e 0,042. Suas propriedades foram analisadas a partir de cálculos de primeiros princípios baseados na teoria DFT (Teoria do Funcional da Densidade), implementada no pacote VASP (Vienna Ab- initio Simulation Package). Foram utilizadas, para o termo de troca-correlação, a aproximação GGA-PBE, incluindo a correção onsite de Hubbard (U), além do funcional híbrido HSE06. Utilizando do método de supercélula foi possível promover a introdução de vacância de oxigênio (V O ) nas estruturas. Dentre todos os sistemas com V O , o sistema 1, SrCrO 2,958 foi o que apresentou a menor energia de formação, igual a 0,339 eV. Para o sistema 2, PrCrO 3 , foi o bandgap de energia foi determinado igual a 3,05 eV, com desvio relativo de 5,9% com relação ao valor experimental presente na literatura, para a fase ortorrômbica. A vacância de oxigênio foi estudada no sistema 3, Pr 0,75 Sr 0,25 CrO 2.958, considerando as configurações C1, C2 e C3. A vacância de oxigênio na configuração C3 foi a mais favorável, ou seja, apresentou a menor energia de formação. Para todos os sistemas foram determinados, a partir da análise do momento magnético, os estados de oxidação dos elementos Pr e Cr. No caso dos sistemas SrCrO 3-δ , PrCrO 3-δ e Pr 0,75 Sr 0,25 CrO 3-δ , foram obtidos os estados respectivamente, Cr 4+ , Cr 3+ e Pr 3+ e Cr 3+ e Pr 3+ . Palavras-chave: Perovskitas. Ab initio. Células a Combustível. SOFC.