Preparação e caracterização de filmes cerâmicos para cátodos de células a combustível de óxido sólido

Alternative and clean energy generation research has been intensified in last decades. Among the alternatives, fuel cells are one of the most important. There are different types of fuel cells, among which stands out intermediate temperature solid oxide fuel cell (IT-SOFC) matter of the present work. For application as cathode on this type of devices, the ceramic Ba0.5Sr0.5C0.8Fe0.2O3-δ doped with rare earth ions (Nd, Sm) have been quite promising because they show good ionic conductivity and operate at relatively low temperatures (500 - 800°C). In this work, Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ, (BaSr)0.5Sm0.5Co0.8Fe0.2O3-δ and (BaSr)0.5Nd0.5C0.8Fe0.2O3-δ were obtained by modified Pechini method, making use of gelatin as polymerizing agent. The powders were characterized by X-Ray Diffraction (XRD), Temperature Programmed Reduction (TPR) and Scanning Electron Microscopy (SEM). The perovskite phase was observed in all X-ray patterns for the materials Ba0.5Sr0.5C0.8Fe0.2O3-δ doped with rare earth ions (Nd, Sm). The SEM images showed that the materials have a characteristics porous, with very uniform pore distribution, which are favorable for application as cathodes. Subsequently, screen-printed assymmetrical cells were studied by impedance spectroscopy, to assess the kinetics of the cathode for the reduction reaction of oxygen. The best resistance to the specific area was found for the cathode BSSCF sintered at 1050 °C for 4 hours with around 0.15 Ω.cm2 at 750 °C as well as cathodes BSNCF and BSCF obtained resistances specific area of 0.2 and 0.73 Ω.cm2, respectively, for the same conditions. The polarization curves showed similar behavior to the best cathodes BSSCF and BSNCF, such combination of properties indicates that the film potentially depict good performance as IT-SOFC cathodes

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Pesquisas voltadas para formas alternativas e não poluentes de geração de energia que vêm se intensificando. Entre essas, destacam-se as células a combustível de óxido sólido de temperatura intermediária (IT-SOFC). Para aplicação como catodo deste tipo de dispositivo, os óxidos cerâmicos Ba0,5Sr0,5C0,8Fe0,2O3-δ dopadas com íons de terras raras (Nd, Sm) têm se mostrado bastante promissores pelo fato de possuírem boa condutividade iônica e operarem em temperaturas relativamente baixas (500-800ºC). Neste trabalho, Ba0,5Sr0,5C0,8Fe0,2O3-δ (BSCF), (BaSr)0,5Sm0,5C0,8Fe0,2O3-δ (BSSCF) e (BaSr)0,5 Nd0,5C0,8Fe0,2O3-δ (BSNCF) foram obtidos pelo método Pechini modificado, fazendo uso de gelatina que atua como agente polimerizante e coordenante. Os pós obtidos foram caracterizados por Difração de Raios X (DRX), Redução à Temperatura Programada (RTP) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET). A fase perovsquita foi evidenciada em todos os difratogramas de raios X nos óxidos Ba0,5Sr0,5C0,8Fe0,2O3-δ dopados com íons de terras raras (Nd, Sm). As imagens de MEV evidenciaram que o pó obtido é poroso, o que favorece seu uso como cátodos. Posteriormente, foram preparadas células assimétricas por screen-pritting para estudos de microestrutura e de espectroscopia de impedância, a fim de avaliar a cinética de cátodo da reação de redução do oxigênio no cátodo. A melhor resistência à área específica foi encontrada para o cátodo BSSCF sinterizado a 1050 ºC durante 4 horas com 0,15 Ω.cm2 na temperatura de 750ºC, bem como os cátodos BSNCF e BSCF obtiveram resistências à área específica de 0,20 e 0,73 Ω.cm2 , respectivamente, para as mesmas condições. As curvas de polarização demonstraram comportamentos semelhantes aos melhores cátodos BSSCF e BSNCF, sendo assim, adequados para aplicação como material catódico nas SOFC