Síntese citrato-hidrotermal e caracterização eletroquímica de LSCF para aplicação como catodo em célula a combustível de temperatura intermediária

The lanthanum strontium cobalt iron oxide (La1-xSrxCo1-yFeyO3 LSCF) is the most commonly used material for application as cathode in Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs), mainly due to their high mixed ionic electronic conductivity between 600 and 800ºC. In this study, LSCF powders with different compositions were synthesized via a combination between citrate and hydrothermal methods. As-prepared powders were calcined from 700 to 900°C and then characterized by X-ray fluorescence, X-ray diffraction, thermal analyses, particle size analyses, nitrogen adsorption (BET) and scanning electronic microscopy. Films of composition La0,6Sr0,4Co0,2Fe0,8O3 (LSCF6428), powders calcined at 900°C, were screen-printed on gadolinium doped ceria (CGO) substrates and sintered between 1150 and 1200°C. The effects of level of sintering on the microstructure and electrochemical performance of electrodes were evaluated by scanning electronic microscopy and impedance spectroscopy. Area specific resistance (ASR) exhibited strong relation with the microstructure of the electrodes. The best electrochemical performance (0.18 ohm.cm2 at 800°C) was obtained for the cathode sintered at 1200°C for 2 h. The electrochemical activity can be further improved through surface activation by impregnation with PrOx, in this case the electrode area specific resistance decreases to values as low as 0.12 ohm.cm2 (800°C), 0.17 ohm.cm2 (750°C) and 0.31 ohm.cm2 (700°C). The results indicate that the citrate-hydrothermal method is suitable for the attainment of LSCF particulates with potential application as cathode component in intermediate temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFCs)

A cobaltita de lantânio dopada com estrôncio e ferro (La1-xSrxCo1-yFeyO3 LSCF) é comumente o material mais utilizado para aplicação como catodo em célula a combustível de óxido sólido (SOFC), principalmente devido a sua elevada condutividade mista iônica e eletrônica entre 600 e 800ºC. Neste trabalho, pós de LSCF de diferentes composições foram sintetizados via uma combinação entre os métodos citrato e hidrotermal. Os pós como obtidos foram calcinados entre 700 e 900 ºC e caracterizados por fluorescência de raios X, difratometria de raios X, análises térmicas, distribuição de tamanho de partícula, adsorção gasosa (BET) e microscopia eletrônica de varredura. Filmes de composição La0,6Sr0,4Co0,2Fe0,8O3 (LSCF6428) foram obtidos por serigrafia de pós calcinados a 900°C. Os filmes foram depositados sobre substratos de céria dopada com gadolínia (CGO) e então sinterizados entre 1150 e 1200°C. Os efeitos do patamar de sinterização na microestrutura e no desempenho eletroquímico dos eletrodos foram avaliados por microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de impedância. A resistência específica por área apresentou forte relação com a microestrutura dos eletrodos. O melhor desempenho eletroquímico (0,18 ohm.cm2 a 800°C) foi obtido para o catodo sinterizado a 1200°C por 2 horas. A atividade eletroquímica pode ainda ser melhorada mediante ativação superficial por impregnação com PrOx, neste caso a resistência específica por área do eletrodo diminui para valores tão baixos como 0,12 ohm.cm2 (800°C), 0,17 ohm.cm2 (750°C) e 0,31 ohm.cm2 (700°C). Os resultados obtidos indicam que o método citrato-hidrotermal é adequado para a preparação de particulados de LSCF com potencial aplicação como catodo em células a combustível de óxido sólido de temperatura intermediária (600-800°C)