Processamento e caracterização microestrutural e elétrica de mono célula a combustível óxido sólido (SOFC) a base de aluminatos de cálcio

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Veiga, Faili Cintia Tomsen
• Orientador(a): Sousa, Vânia Caldas de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Células a combustível; Aluminato de cálcio
• Palavras-chave em Inglês: Calcium aluminate; SOFC; Mono cell; Celite; Mayenite
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/197343

Formas alternativas de geração de energia elétrica têm sido estudadas e desenvolvidas, especialmente as que utilizam fontes renováveis. Entre estas, as células a combustível destacam-se como uma tecnologia bastante promissora. Entre os vários tipos, a célula a combustível óxido sólido (SOFC) possui a vantagem de trabalhar com conversão de vários combustíveis gasosos com atmosfera redutora que pode conter por exemplo, H2, CO, CH4, CO2 e H2O. Nestas células, o eletrólito deve ser impermeável aos gases que são difundidos nos eletrodos, para impedir que eles se misturem. O aluminato de cálcio (CA) via método dos precursores poliméricos é um material que tem potencial para ser utilizado como eletrólito em SOFC. Logo, neste trabalho propõe-se a obtenção de uma mono célula a combustível óxido sólido constituída de aluminatos de cálcio. Para este fim, o óxido de níquel é misturado com CA (CA/NIO) para obter o anodo e a manganita de lantânio dopada com estrôncio misturada com CA (CA/LSM) para obter o cátodo, ambos via síntese de combustão. Devido a diferença dos coeficientes de expansão térmica (CET) entre o eletrólito (CA) e os eletrodos (CA/NIO e CA/LSM), é necessário a adição do CA aos eletrodos. Para a montagem da mono célula foi utilizado o método de prensagem associado à técnica de Materiais com Gradiente de Funcionalidade (FGM), obtendo-se diversas camadas com proporções distintas dos eletrodos. Posteriormente, foi realizado o teste de funcionamento e desempenho da mono SOFC. Diferentes caracterizações foram realizadas como, MEV e MET, análise química, propriedades térmicas, gap ótico, propriedades elétricas em corrente DC e AC, densidade aparente e relativa bem como a caracterização eletroquímica para testar a desempenho da mono SOFC com gás acetileno. Após as caracterizações dos pós do CA, verificou-se a partir das análises de difração de Raios X e Raman, a presença e coexistência das duas fases: Ca3Al2O6 (celita) com 70,157 % e Ca12Al14O33 (mayenita) com 29,843 %, chamado Composição Bifásica de Celita e Mayenita auto-modificada (CBCM). Além disso, foi observado que possui uma condutividade mista (iônica e eletrônica) e sob a condição de uma atmosfera redutora, na faixa de temperatura de 750-950 °C, uma energia de ativação de 2,98 eV. Nesse contexto, o CA possui um transporte eletrônico de condução, podendo ser governado pela fase de menor concentração, a mayenita, por sua natureza e concentração de grandes defeitos. Em relação ao teste de desempenho e funcionamento da célula, utilizou-se a atmosfera de pC2H2 (anodo)= 0,7537 mV. Atmosfera não usada normalmente, sendo portanto um diferencial neste trabalho. Outra medida foi de potencial de circuito aberto na temperatura de 600 °C, obtendo-se um valor de 915 mV, bem próximo ao esperado, Potencial de Nernst de 1200 mV.