A célula a combustível de óxido sólido (Solid Oxide Fuel Cell - SOFC) é um dispositivo capaz de converter energia química em energia elétrica com elevada eficiência. Uma SOFC de última geração é constituída por dois eletrodos porosos (anodo e catodo) separados por uma camada fina de eletrólito denso. Técnicas cerâmicas tradicionais têm sido estudadas para a produção em série deste dispositivo, que possui exigências de controle e reprodutibilidade, usualmente, obtidas por técnicas físicas de deposição. A fabricação de SOFC envolve desafios de processamento cerâmico importantes para obter camadas com microestrutura controlada a um baixo custo. Neste contexto, uma forte tendência para a fabricação em escala de SOFC aponta para o uso da técnica da colagem de fita. Neste projeto foram estudados os materiais, processamento e configurações ideias para a produção de SOFC's. O foco desse projeto de mestrado é a produção de eletrólitos suporte pelo método de colagem de fita e de meias células suportadas no anodo pelo método de colagem de fitas sequencial seguida pela co-sinterização. Neste estudo, foram produzidas fitas a partir de materiais como zircônia estabilizada por ítria (YSZ) e de céria dopada com gadolínia (CGO) juntamente com a adição de óxido de níquel (NiO) às cerâmicas para a produção de meias células suportadas no anodo e de eletrólitos suporte. Para a produção das camadas de fitas foram preparadas barbotinas, utilizando-se o pó cerâmico de interesse, os agentes dispersante, ligante, plastificante, solvente e formador de poro para as camadas de anodo. Estes reagentes foram processados em moinho de bolas controlando-se o tempo e a velocidade de rotação. A barbotina foi moldada com auxílio de "doctor blade" dupla para o controle da espessura da fita verde. Análises de viscosidade foram realizadas para avaliação do comportamento reológico das barbotinas para a realização da colagem de fita. Análises termogravimétricas das fitas foram realizadas para encontrar as temperaturas de calcinação de 500ºC e 800ºC para eletrólitos suportes e meias células respectivamente. As análises termomecânicas, densidade hidrostática e microscopias eletrônicas de varredura auxiliaram na determinação das temperaturas de sinterização ideais para o controle da porosidade e microestrutura das fitas, estipulando-se 1500ºC para eletrólitos suporte e 1450ºC para as meias células. Após o tratamento térmico às fitas foram depositados os eletrodos para a realização dos testes em célula unitária. Análises eletroquímicas sob hidrogênio das células unitárias suportadas no anodo e eletrólito foram realizadas em estações de testes de desempenho de SOFC. Os resultados preliminares indicaram que as amostras de meias células suportadas no anodo produzidas pela técnica de colagem de fita sequencial e co-sinterização tem potencial de crescimento. Ao final as amostras testadas foram fraturadas e analisadas por microscopia eletrônica de varredura, para verificar a adesão, espessura e a porosidade das camadas.

The solid oxide fuel cell (SOFC) is a device capable of converting chemical energy into electrical energy with high efficiency. A state-of-the-art SOFC consists of two porous electrodes (anode and cathode) separated by a thin layer of dense electrolyte. Traditional ceramic techniques have been studied for the serial production of this device, which has control and reproducibility requirements, usually obtained by physical deposition techniques. SOFC fabrication involves important ceramic processing challenges to obtain layers with controlled microstructure at a low cost. In this context, a strong trend towards scale fabrication of SOFC points to the use of the tape casting technique. In this project, the materials, processing and ideal configurations for the production of SOFC's were studied. The focus of this master's project is the production of electrolytes supported by the tape casting method and half cells supported at the anode by the sequential tape casting method followed by co-sintering. In this study, tapes were produced from materials such as yttria-stabilized zirconia (YSZ) and gadolinium-doped ceria (CGO) together with the addition of nickel oxide (NiO) to the ceramics for the production of anode supported half cells and of supporting electrolytes. Slurries were prepared for the production of the tape layers, using the ceramic powder of interest, the dispersing agents, binder, plasticizer, solvent and pore former for the anode layers. These reagents were processed in a ball mill controlling the rotation time and speed. The slurry was molded with the aid of a double doctor blade to control the thickness of the green tape. Viscosity analyzes were performed to evaluate the rheological behavior of the slurry for the tape casting. Thermogravimetric analyzes of the tapes were performed to find the calcination temperatures of 500ºC and 800ºC for supporting electrolytes and half cells respectively. Thermomechanical analysis, hydrostatic density and scanning electron microscopy helped to determine the ideal sintering temperatures to control the porosity and microstructure of the ribbons, stipulating 1500ºC for support electrolytes and 1450ºC for the half cells. After the thermal treatment of the strips, the electrodes were deposited to carry out the tests in a unit cell. Electrochemical analyzes under hydrogen of the unit cells supported on the anode and electrolyte were performed in SOFC performance testing stations. Preliminary results indicated that anode-supported half-cell samples produced by the sequential tape casting and co-sintering technique have growth potential. At the end, the tested samples were fractured and analyzed by scanning electron microscopy, to verify the adhesion, thickness and porosity of the layers.