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Dissertação de Mestrado
Documento
Autor
Nome completo
Samuel da Silveira Martins
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2017
Orientador
Banca examinadora
Arantes, Vera Lúcia (Presidente)
Chinelatto, Adilson Luiz
Maestrelli, Sylma Carvalho
Título em português
Análise da influência da porosidade dos eletrodos no desempenho de baterias de beta-alumina de sódio
Palavras-chave em português
Bateria beta-alumina de sódio
Condutividade β/β''-Al2O3
Eletrólito β/β''-Al2O3
Espectroscopia de impedância
Resumo em português
Nos últimos anos surgiu um tipo de bateria que tem gerado grande interesse para emprego em bancos de armazenamento estacionário. Tal tecnologia baseia-se na utilização de um eletrólito sólido β/β''-Al2O3 que permite o transporte de íons de sódio entre um eletrodo positivo e um negativo. O eletrólito sólido β/β''-Al2O3 apresenta uma estrutura cristalina diferenciada que permite grande mobilidade dos íons de sódio. O presente trabalho tem como objetivo principal obter eletrólito sólido β/β''-Al2O3, utilizando pós preparados pelo processo mistura de óxidos e avaliar o desempenho elétrico dos eletrólitos com a deposição de filmes do mesmo substrato variando a concentração de sólidos presentes e correlacionar sua condutividade elétrica com sua porosidade. As amostras de β/β''-Al2O3 foram sintetizadas, ocorrendo a formação da fase pretendida em temperaturas superiores a 1100°C. Os teores relativos das fases β/β''-Al2O3 mostrou-se dependente da temperatura. Pós calcinados em temperaturas mais elevadas sofrem volatilização do sódio, sendo o teor máximo obtido da fase β'' durante o processo foi de 64%. Amostras sinterizadas em dois estágios, a 1600°C por 20 minutos seguida de tratamento térmico a 1475°C por 2 horas, apresentaram densificação maior em relação à amostras sinterizadas em um estágio. Sua microestrutura sofreu crescimento de grãos formando uma microestrutura duplex com grãos na forma de placas alongadas distribuídas em uma matriz de grãos finos. A partir da caracterização de suspensões aquosas de β/β''-Al2O3 evidenciou a alteração do comportamento reológico exibido por suspensões dos pós cerâmicos em função da concentração em volume de sólidos de seu substrato em: 15%, 20%, 30% e 40%, e então os eletrólitos foram conformados por spin-coating. A técnica de espectroscopia de impedância foi importante na identificação das fases presentes na cerâmica β/β''-Al2O3 e no mecanismo de condução elétrica, ocorrendo condução no volume (grãos), havendo uma condução maior na fase β-alumina.
Título em inglês
Analysis of the influence of electrode porosity on the performance of sodium beta-alumina batteries
Palavras-chave em inglês
β/β''-Al2O3 conductivit
β/β''-Al2O3 electrolyte
Impedance espectroscopy
Sodium beta-alumina battery
Resumo em inglês
In recent years has emerged a type of battery that has generated great interest for employment in stationary storage banks. Such technology is based on the use of a solid electrolyte β/β''-Al2O3 that allows the transport of sodium ions between a positive and negative electrode. The solid electrolyte β/β''-Al2O3 presents a differentiated crystalline structure that allows great mobility of the sodium ions. The main objective of this work is to obtain solid electrolyte β/β''-Al2O3, using powders prepared by the process of mixing oxides and to evaluate the electric performance of the electrolytes with the deposition of films of the same substrate varying the concentration of solids present and to correlate their Conductivity with its porosity. The samples of β/β''-Al2O3 were synthesized, with the formation of the desired phase occurring at temperatures above 1100°C. The relative levels of the β/β''-Al2O3 phases were temperature dependent. Post calcined at higher temperatures undergoes sodium volatilization, the maximum obtained content of the phase during the process was 64%. Two-stage sintered samples at 1600°C for 20 minutes followed by heat treatment at 1475°C for 2 hours showed higher densification than sintered samples at one stage. Its microstructure underwent grain growth forming a duplex microstructure with grains in the form of elongated plates distributed in a fine grained matrix. From the formulation of aqueous suspensions of β/β''-Al2O3 showed the alteration of the rheological behavior exhibited by suspensions of the ceramic powders as a function of the volume concentration of their substrate solids in: 15%, 20%, 30% and 40%, And then the electrolytes were formed by spin-coating. The impedance spectroscopy technique was important in the identification of the phases present in the ceramic β/β''-Al2O3 and in the electrical conduction mechanism, occurring conduction in the volume (grains), with a higher conduction in the β-alumina phase.
 
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Data de Publicação
2017-09-13
 
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