Dissertação
Síntese e caracterização elétrica do eletrólito sólido Ba5Nb4O15 para utilização em células a combustível
Registro en:
CRUZ, Matheus Carvalho. Síntese e caracterização elétrica do eletrólito sólido Ba5Nb4O15 para utilização em células a combustível. 2019. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência dos Materiais ) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2019.
Autor
Cruz, Matheus Carvalho
Institución
Resumen
An alternative to reducing the operating temperature of solid oxide fuel cells (SOFC) is the use of proton conductive electrolytes. Thus, this work evaluated the viability of the compound Ba5Nb4O15 (BNO) as a possible electrolyte candidate for SOFC, which has a structure of hexagonal perovskite and possibility of proton conductivity. For this, the sinterability of barium niobate was compared by densification after being synthesized via solid state reaction, pressed and sintered at two temperatures: 1250 and 1450 ºC. In addition, the influence of the addition of lower valence dopants (titanium and zirconium) on the structure and electrical properties of the pure phase was analyzed. The samples were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and impedance spectroscopy. The electrical measurements were performed in the range of 350 ºC to 550 ºC, in atmosphere of dry air and humid air. In general, the best sintering temperature for obtaining the pure BNO phase is 1250 °C, due to the desintering process, where above that temperature there is no more densification. The activation energy obtained and the conductivities were: 0.78 eV and 2,03x10-6 S.cm-1 (BNO); 0.48 eV and 7,81x10-6 S.cm-1 (0.3 mol% of Ti); and 0.76 eV and 8,71x10-6 S.cm-1 (0.5 mol% of Zr). Although the samples did not densify sufficiently the results corrected by Archie's law showed that BNO doping improves its electrical properties. Uma alternativa para se reduzir a temperatura de operação das células a combustível de óxido sólido (CaCOS) é a utilização de eletrólitos condutores protônicos. Dessa forma, este trabalho avaliou a viabilidade do composto Ba5Nb4O15 (BNO) como possível candidato a eletrólito para CaCOS, o qual possui estrutura de perovisquita hexagonal e possibilidade de apresentar condutividade protônica. Para isso, comparou-se a sinterabilidade do niobato de bário através da densificação, após serem sintetizados via mistura de óxidos, conformados e sinterizados em duas temperaturas: 1250 e 1450 ºC. Além disso, analisou-se a influência da adição de dopantes de menor valência (titânio e zircônio) na estrutura e nas propriedades elétricas da fase pura. As amostras foram caracterizadas por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de impedância. As medidas elétricas foram realizadas na faixa de 350 ºC a 550 ºC, em atmosfera de ar seco e ar úmido. Em geral, a melhor temperatura de sinterização para a obtenção da fase pura de BNO é a de 1250 ºC, devido ao processo de dessinterização, no qual acima dessa temperatura não há mais densificação. As energia de ativação obtidas e as condutividades foram as seguintes: 0,78 eV e 2,03x10-6 S.cm-1 (BNO); 0,48 eV e 7,81x10-6 S.cm-1 (0,3 % mol de Ti); e 0,76 eV e 8,71x10-6 S.cm-1 (0,5 % mol de Zr). Apesar das amostras não terem densificado o suficiente os resultados corrigidos pela lei de Archie mostraram que a dopagem do BNO melhora suas propriedades elétricas. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior