Electrolytic cells for plastic waste recycling

The current project assesses potential molten alloy anodes for Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) running on solid waste. A detailed phase diagram study was performed to locate probable anode systems. The molten metal oxide system PbO-Sb2O3 was selected as a possible molten alloy anode for this application. A detailed vapour pressure study of this system was performed. Several cells were fabricated to experimentally assess the electrochemical properties of this system. The work reveals several unexpected limiting features such as the incompatibility between the platinum and the chosen alloy. A second cell was built, this time using rhenium wires instead, preventing such reaction. However, the rhenium wire sublimes under oxidizing conditions (air) and the sealing glass and the chosen alloy system react with each other under long term use. Considering all these issues, a third cell design was conceived, surpassing some obstacles and providing some initial information regarding the electrochemical behaviour. The current project shows that many parameters need to be taken into account to ensure materials compatibility. For the PbOSb2O3 system, the high volatility of Sb2O3 was a serious limitation that can only be addressed through the application of new contact wires or sealing materials and conditions. Nonetheless, the project highlights several other potential systems that can be considered, such as Pb11Ge3O17, Pb3GeO5, Pb5Ge3O11, Bi2CuO4, Bi2PdO4, Bi12GeO20.

Este estudo incidiu sobre potenciais ânodos líquidos de ligas metálicas para células electrolíticas (do tipo SOFC) alimentadas por resíduos sólidos. Alguns sistemas de ânodos possíveis foram identificados através de um estudo detalhado de diagramas de fase. O sistema de óxidos metálicos PbO-Sb2O3 foi selecionado como uma possível liga metálica para esta aplicação. Este sistema foi sujeito a um estudo detalhado de pressão de vapor. Algumas células foram fabricadas para avaliar experimentalmente as propriedades electro-químicas deste sistema. Este trabalho revela imensas características que inesperadamente limitaram este estudo, tal como a incompatibilidade entre platina e a liga metálica escolhida. Uma segunda célula foi construída, desta vez usando um fio de rénio, prevenindo tal reacção. No entanto, o fio de rénio sublima sobre condições oxidantes (ar) e, perante um uso prolongado, o vidro selante e a liga metálica reagem entre si. Considerando todas estas incompatibilidades, um terceiro modelo de célula foi criado, ultrapassando alguns obstáculos e fornecendo alguma informação inicial relativa ao comportamento electro-químico. O presente trabalho mostra que vários parâmetros precisam precisam de ser abordados de modo a assegurar a compatibilidade dos materiais. Relativamente ao sistema PbO-Sb2O3, a elevada volatilidade de Sb2O3 foi uma grave limitação que só pode ser contornada através da aplicação de novos fios conectores, materiais e condições de selamento. No entanto, este projecto destaca outros potenciais sistemas que podem ser estudados, como Pb11Ge3O17, Pb3GeO5, Pb5Ge3O11, Bi2CuO4, Bi2PdO4, Bi12GeO20.

Mestrado em Sistemas Energéticos Sustentáveis