Dissertação
Estudo da estrutura e propriedades elétricas da perovskita BaCe0,2Zr0,7X0,1O3-δ (X=Y, Er e Dy) para eletrólitos de células a combustível.
Registro en:
SANTOS, Bruno Daniel. Estudo da estrutura e propriedades elétricas da perovskita BaCe0,2Zr0,7X0,1O3-δ (X=Y, Er e Dy) para eletrólitos de células a combustível. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciências de Materiais) - Universidade Estadual de Ponta Grossa. Ponta Grossa. 2021.
Autor
Santos, Bruno Daniel
Institución
Resumen
In view of the demand for clean and efficient energy sources, solid oxide fuel cells (SOFC)
emerge as an alternative able to produce electrical energy with high efficiency and without the
emission of greenhouse gases using hydrogen as fuel. The high operation temperature is the
main technological and economical obstacle to the extensive application of these type of fuel
cell. The use of proton conducting electrolytes is the best alternative to reduce the operation
temperature of SOFC, however the obtainment electrolytes combining stability and high
conductivity is necessary for that. Barium zirconate can combine these characteristics when
doped with certain metals, such as yttrium, but its high refractoriness hinders the capacity to
obtain dense microstructures. This work evaluates the possibility of obtaining
BaCe0,2Zr0,7X0,1O3-δ (X = Y, Dy, or Er) compositions from oxide precursors through solid state
reaction, and the effect of sintering temperature and time in the densification and grain growth.
The viability of using zinc oxide as a sintering agent was evaluated as well. The synthesis route
applied, with two calcination steps, was not sufficient to promote the development of the final
composition although, through structural analysis by Rietveld refinement of the sintered
product, it was possible to verify that the desired compositions were achieved. The effect
sintering time and temperature is small when compared with the effect obtained by the addition
of zinc oxide. Dysprosium provided the highest conductivities values, while the high grain
boundary resistivity on the yttrium containing composition caused it to produce a considerably
lower conductivity than the other compositions. Thus, dysprosium shows the greatest potential
as dopant for these zirconates Em vista da demanda por fontes limpas e eficientes de energia, as células a combustível de
óxido sólido (CaCOS) surgem como uma alternativa capazes de produzir energia elétrica com
elevada eficiência e sem emissão de gases estufa pelo emprego do hidrogênio como
combustível. A elevada temperatura de operação é principal barreira tecnológica e econômica
para a ampla aplicação desse tipo de célula. A utilização de eletrólitos condutores protônicos é
a melhor alternativa para redução da temperatura de operação das CaCOS, porém é necessária
a obtenção de eletrólitos que combinem estabilidade química com elevada condutividade
protônica. O zirconato de bário pode combinar essas características ao ser dopado com certos
metais, em especial o ítrio, mas sua elevada refratariedade dificulta a obtenção de
microestruturas densas. Esse trabalho investigou a possibilidade de obtenção das composições
BaCe0,2Zr0,7X0,1O3-δ (X = Y, Dy, ou Er) a partir de óxidos precursores por reação em estado
sólido, e o efeito da temperatura e tempo de sinterização na densificação e crescimento dos
grãos. Também foi avaliada a viabilidade da utilização do óxido de zinco como aditivo auxiliar
de sinterização. A rota de síntese usada, com duas etapas de calcinação não foi suficiente para
promover formação a composição final, porém, pela análise estrutural por refinamento de
Rietveld do produto sinterizado, pode-se verificar que a composição desejada foi alcançada
após a sinterização. O efeito do tempo e temperatura de sinterização na microestrutura é
pequeno em comparação com o efeito proporcionado pela adição de óxido de zinco. O disprósio
proporcionou os maiores valores de condutividade enquanto a elevada resistividade nos
contornos de grão fez com que a composição com ítrio apresentasse condutividades
consideravelmente inferiores às demais composições. Desta forma, o disprósio apresenta o
maior potencial para a aplicação como dopante nesses zirconatos. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior