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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.85.2018.tde-15032018-105354
Documento
Autor
Nome completo
Mariana Lima
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2017
Orientador
Banca examinadora
Seo, Emília Satoshi Miyamaru (Presidente)
Marchi, Juliana
Toffoli, Samuel Marcio
Título em português
Síntese e caracterização de BaxSr1-xCoyFe1-yO para preparação de camada funcional do eletrodo catódico das células a combustível do tipo IT-SOFC
Palavras-chave em português
BSCF
células a combustível
cerâmico
energia
IT-SOFC
Resumo em português
A demanda mundial por energia elétrica é uma tendência crescente, desta maneira há necessidade de diversificar e buscar por novas matrizes energéticas. Insere-se neste contexto, as células a combustível de Óxido Sólido de Temperatura Intermediária (Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells - IT-SOFC), que converte diretamente a energia de reações químicas em água e em energia elétrica e também em energia térmica (calor). As células a combustível do tipo IT-SOFC por utilizarem materiais cerâmicos em sua concepção, são capazes de suportarem temperaturas até 800°C e sem perderem suas propriedades físicas, químicas, elétricas e microestruturais. O presente trabalho tem como objetivo a síntese e a caracterização do material particulado de BaxSr1-xCoyFe1-yO3±δ BSCF e de amostras cerâmicas (variando os valores de x iguais a 0,4; e 0,6), visando sua utilização para fabricação de componente catódico de IT-SOFC. O particulado de BSCF foi obtido por meio do método de complexação por EDTA Citratos, que consiste nas reações de estado sólido e reações em fase líquida. A caracterização do material particulado BSCF e amostras cerâmicas foram realizada por difração de raios X (DRX), Espectroscopia de raios X por energia dispersiva (EDS), Análise Química por Fluorescência de raios X (identificação dos elementos constituintes na composição), Análise de Microscopia Eletrônica de Varredura - MEV (observação de morfologia e do tipo de aglomeração das partículas), e Picnometria por Gás Hélio (medidas de densidade real) e BET. Os resultados da caracterização dos particulados para a confecção do material catódico do BSCF apresentaram adequados para fabricação de componente catódico de IT-SOFC. A rota de síntese se mostrou bastante viável e adequada para formar a estrutura cristalina perovskita cubica desejada, além da estequiometria final muito próxima da calculada. Em relação a densidade aparente do corpo cerâmico x = 0,4 foi o que apresentou menor valor, importante para um material catódico, já que menor densidade aparente, maior a quantidade de poros, no qual x=0,4 obteve 21,74% de porosidade, valor ideal para a passagem do fluxo de gás considerado pela literatura. Em relação a condutividade elétrica dos corpos cerâmicos BSCF 64 apresentou valor de 11,212 S.cm-1 na temperatura de 392°C, maior que BSCF 46 que foi de 9,041 S.cm-1. Embora não seja apenas esses valores responsáveis pelas propriedades de um bom condutor elétrico que, já que as três amostras mostraram um ótimo comportamento ôhmico, adequado para a utilização em Cac do tipo IT- SOFC. Por fim, a partir de todos os estudos e ensaios realizados neste trabalho, fica evidente que o óxido misto BaxSr1-xCoyFe1-yO3±δ, x= 0,4, obtém as propriedades adequadas para serem utilizados como material catódico de célula a combustível de óxido sólido de temperatura intermediaria.
Título em inglês
Synthesis and characterization of BaxSr1-xCoyFe1-yO3±δ for functional preparation layer electrode of cathodic fuel cell IT SOFC type
Palavras-chave em inglês
BSCF
ceramic
energy
fuel cells
IT-SOFC
Resumo em inglês
The global demand for energy is a growing and irreversible tendency. Therefore, there is a need to diversify and search for new energetic matrixes. Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells - IT-SOFC are part of this context, which converts chemical energy directly in to water, electric energy and thermal energy (heat). IT-SOFC uses ceramic materials in their design, and as a result they are able to operate in temperatures up to 1073K (800°C) without losing their physical, chemical, electrical and microstructural properties. This present work aims the synthesis and characterization of BaxSr1-xCoyFe1-yO3±δ BSCF particulate matter and ceramic sample (x= 0.4 and 0.6), aiming their use for manufacturing IT-SOFC cathode components. The BSCF particulate wasobtained through the complexation method with EDTA - citrates. The characterization of the BSFC particulate and ceramic samples have been given by X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence chemical analysis (identification of the components in the composition), Secondary Electron Microscopy - SEM (observation of morphology and type of agglomeration of the particles) and helium gas pycnometry (real density measurements). The results of the characterization of particulates used in the production of BSCF cathodes are appropriate for manufacturing IT-SOFC components. . In relation to the apparent density of the ceramic BSCF 46 was the one that presented the smallest value, important for a cathodic material since lower bulk density (where x = 0.4) obtained 21.74% porosity, an ideal value for the flow of gas considered in the literature. Regarding the electrical conductivity of the ceramic bodies, the value of BSCF 64 was the most adequate, overcoming 11,212 S.cm-1 at a temperature of 570°C. Although it is not only these values responsible for the properties of a good electric conductor since the three samples presented an optimum ohmic behavior, suitable for use in Cac of type IT-SOFC. Finally, from all the studies and tests carried out in this work, it is evident that the mixed oxide BaxSr1-xCoyFe1-yO3±δ, x = 0.4 obtain the necessary properties to be used as intermediate temperature solid oxide fuel cell cathode material.
 
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2017LimaSintese.pdf (2.00 Mbytes)
Data de Publicação
2018-04-11
 
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