Preparo, sinterização e caracterização de eletrólitos sólidos baseados em Céria-Zircônia

Autores

DOI:

https://doi.org/10.26512/ripe.v5i2.24660

Palavras-chave:

Eletrólito sólido, Óxido misto, Cério, Zircônio, Pechini

Resumo

Apresentando estrutura fluorita e fácil dopagem com terras raras, responsáveis por manter a estabilidade e formação de vacâncias de oxigênio, os eletrólitos sólidos baseados em cério são o principal foco em pesquisa para células a combustível de temperatura intermediária (700°C). Esta pesquisa busca fazer a múltipla dopagem do óxido de cério (Ce0,8Gd0,18Sm0,02O1,9), com óxido de zircônia ( Zr0,9Y0,1O2), em concentração de 10,20, 30 e 40%. A preparo do óxido dopado se deu utilizando a síntese química do método Pechini. O pó refinado obtido graças a técnica foi moído em moinho de alta energia, conformado em prensagem uniaxial a frio, e sinterizado em duas diferentes curvas de sinterização: A primeira, com apenas um patamar em 1500°C, e a segunda em duas etapas, com patamar em 1650°C seguido de resfriamento e patamar de 1500°C. As propriedades físicas e químicas das amostras foram avaliadas através do TGA, DRX, densidade e avaliação da superfície através do MEV. A avaliação das características resistivas das amostras foi avaliada através da Espectroscopia de Impedância, na faixa de 310°C a 385°C. O resultado proporcionou a avaliação da condutividade e da energia de ativação das amostras através do gráfico de Arrhenius. Foi observado que as amostras com maior porcentagem de óxido de cério, assim como as amostras sinterizadas na rampa de sinterização em 2 etapas, apresentaram menor energia de ativação e maior condutividade.

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Referências

AHN, K. et al. Enhanced Thermal Stability of SOFC Anodes Made with CeO2-ZrO2 Solutions; Department of Chemical and Biomolecular Engineering, The University of Pennsylvania; USA; 2005.

SAMMES, N; DU, Y; Intermediate-Temperature SOFC Electrolytes, Connecticut Global Fuel Cell Center, University of Connecticut, USA; 2005

LARMINIE, James; Fuel cell system explained/James Larminie, Andrew Dicks. ”“ 2nd ed. P. cm. Wiley Editorial; England; 2003.

MORI, T.; et al. Design of nanostructured ceria-based solid electrolytes for development of IT-SOFC; ICMAT; 2007.

STEELE, Brian CH; HEINZEL, Angelika. Materials for fuel-cell technologies. Nature, v. 414, n. 6861, p. 345-352, 2001.

CAJAS DAZA, Paola Cristina. Síntese e análise microestrutural de eletrólitos sólidos baseados em céria com composição Ce0,8Gd0,2-xSmxO1,9 (x=0,00; 0,01; 0,03 e 0,05) para aplicações em células a combustível. 2017. xxi, 119 f., il. Tese (Doutorado em Ciências Mecânicas)””Universidade de Brasília, Brasília, 2017.

FUENTES, Rodolfo O.; BAKER, Richard T. Synthesis of nanocrystalline CeO2− ZrO2 solid solutions by a citrate complexation route: a thermochemical and structural study. The Journal of Physical Chemistry C, v. 113, n. 3, p. 914-924, 2008.

PECHINI, M; Method of preparing lead and alkaline earth titanates and niobates and coating method using the same form a capacitor.; USA Pat # 3330697; 1967.

LESSING, P.A.; Mixed-cation oxide poder via polymeric Precursors. Ceramic Bulletin 68,1999.

KUMAR, Suresh; MESSING, Gary L. Synthesis of barium titanate by a basic pH Pechini process. In: MRS Proceedings. Cambridge University Press, 1992.

SURYANARAYANA, C.; Mechanical alloying and milling; Department of Metallurgical and Materials Engineering, Colorado School of Mines, USA, 2001.

ASTM E112-13, Standard Test Methods for Determining Average Grain Size, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2013

MAZALI, Italo Odone. Determinação da densidade de sólidos pelo método de Arquimedes. Laboratório de Química do Estado Sólido (LQES)-Instituto de Química da Unicamp, 2010.

RODRIGUES, Carolina Hathenher; DE LOS SANTOS GUERRA, José. Implementação da técnica de Espectroscopia de Impedâncias para estudo de propriedades físicas em Materiais Ferroelétricos. Horizonte Científico, v. 9, n. 2, 2015.

BARSOUKOV, Evgenij; MACDONALD, J. Ross (Ed.). Impedance spectroscopy: theory, experiment, and applications. John Wiley & Sons, 2005.

IRVINE, John TS; SINCLAIR, Derek C.; WEST, Anthony R. Electroceramics: characterization by impedance spectroscopy. Advanced Materials, v. 2, n. 3, p. 132-138, 1990.

CHINAGLIA, D. L. et al. Espectroscopia de impedância no laboratório de ensino. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 30, n. 4, p. 4504-1, 2008.

NOBRE, Marcos A. de Lima; LANFREDI, Silvania. Electrical characterization by impedance spectroscopy of Zn7Sb2O12 ceramic. Mat. Res., São Carlos , v. 6, n. 2, p. 151-156, June 2003. Disponível em:<https://goo.gl/4DTSMy>. Acesso em: 15 Nov.2016 2016.

SUBBARAO, E. (Ed.). Solid electrolytes and their applications. Springer Science & Business Media, 2012.

WANG, Ruigang; Morphology-Controllable Synthesis and Characterization of Low-Temperature Active Rare-Earth Oxide Nanocatalysts, 59th Annual Report on Research 2014, Youngstown State University, 2014.

STOJMENOVIC, M. Z unic J. Gulicovski, D. Bajuk-Bogdanovic, I. Holclajtner-Antunovic,V. Dodevski, S. Mentus Structural, morphological, and electrical properties of doped ceria as a solid electrolyte for intermediate-temperature solid oxide fuel cells, J Mater Sci (2015) 50:3781”“3794

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Publicado

2020-02-17

Como Citar

Queiroz, C. G. R., Silva, C. R. M., & Munõz, R. A. (2020). Preparo, sinterização e caracterização de eletrólitos sólidos baseados em Céria-Zircônia. Revista Interdisciplinar De Pesquisa Em Engenharia, 5(2), 50–62. https://doi.org/10.26512/ripe.v5i2.24660