Síntese e caracterização de NiO-CGO para anodo e eletrólitos sólidos e base de Céria para SOFC

The direct use of natural gas makes the Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) potentially more competitive with the current energy conversions technologies. The Intermediate Temperature SOFC (IT-SOFC) offer several advantages over the High Temperature SOFC (HT-SOFC), which includes better thermal compatibility among components, fast start with lower energy consumption, manufacture and operation cost reduction. The CeO2 based materials are alternatives to the Yttria Stabilized Zirconia (YSZ) to application in SOFC, as they have higher ionic conductivity and less ohmic losses comparing to YSZ, and they can operate at lower temperatures (500-800°C). Ceria has been doped with a variety of cations, although, the Gd3+ has the ionic radius closest to the ideal one to form solid solution. These electrolytes based in ceria require special electrodes with a higher performance and chemical and termomechanical compatibility. In this work compounds of gadolinia-doped ceria, Ce1-xGdxO2-δ (x = 0,1; 0,2 and 0,3), used as electrolytes, were synthesized by polymeric precursors method, Pechini, as well as the composite material NiO - Ce0,9Gd0,1O1,95, used as anode, also attained by oxide mixture method, mixturing the powders of the both phases calcinated already. The materials were characterized by X ray diffraction, dilatometry and scanning electronic microscopy. The refinement of the diffraction data indicated that all the Ce1-xGdxO2-δ powders were crystallized in a unique cubic phase with fluorite structure, and the composite synthesized by Pechini method produced smaller crystallite size in comparison with the same material attained by oxide mixture method. All the produced powders had nanometric characteristics. The composite produced by Pechini method has microstructural characteristics that can increase the triple phase boundaries (TPB) in the anode, improving the cell efficiency, as well as reducing the mass transport mechanism effect that provokes anode degradation

A utilização direta do gás natural torna a célula a combustível de óxido sólido (SOFC) potencialmente mais competitiva com as atuais tecnologias para conversão de energia. A SOFC de temperatura intermediária (IT-SOFC) oferece muitas vantagens sobre a SOFC de alta temperatura (HT-SOFC), que incluem melhor compatibilidade térmica entre os componentes, partida rápida com menos consumo energético, redução de custos de obtenção e operação. Os materiais baseados em CeO2 são alternativas aos eletrólitos de zircônia estabilizada com ítria (YSZ) para aplicações em SOFC, pois têm condutividade iônica maior e menores perdas ôhmicas em comparação a YSZ, e podem operar a temperaturas mais baixas (500-800ºC). Céria tem sido dopada com uma variedade de cátions, entretanto, o Gd3+ possui o raio iônico mais próximo do ideal para formação da solução sólida. Esses eletrólitos baseados em cério requerem eletrodos especiais com um alto desempenho e compatibilidade termomecânica e química. Neste trabalho compostos céria dopada com gadolínia, Ce1-xGdxO2-δ (x = 0,1; 0,2 e 0,3), utilizadas como eletrólitos, foram sintetizados a partir do método dos precursores poliméricos, Pechini, assim como o material compósito NiO - Ce0,9Gd0,1O1,95, usado para anodo, obtido também pelo método de mistura dos óxidos, pós das duas fases já calcinadas. Os materiais foram caracterizados através das técnicas de difração de raios X, dilatometria e microscopia eletrônica de varredura. O refinamento dos dados obtidos pela difração de raios X indicou que todos os pós de Ce1-xGdxO2-δ cristalizaram em uma única fase cúbica com estrutura fluorita, e que o compósito obtido por Pechini produziu menores tamanhos de cristalitos das fases em comparação com o pó sintetizado por mistura de óxidos em uma mesma temperatura de calcinação. Todos os pós obtidos têm características nanométricas. O compósito obtido por Pechini possui características microestruturais que podem aumentar a fronteira de fase tripla (TPB) dentro do anodo, melhorando a eficiência da célula, assim como reduzir o efeito do mecanismo de transporte de massa que provoca degradação do anodo