Influência dos métodos de síntese na microestrutura e nas características elétricas do cátodo compósito de SrCoO3-δ– Ce0,9Gd0,1O2-δ para células a combustível de óxido sólido

Abstract

The fossile fuels consumption and its emissions have been causing a great inbalance on the environment, prompting the search for forms of alternative and renewable energy. Therefore, the fuel cells, as electrochemical devices that transform chemical energy from certain fuels to electrical energy by redox reactions, are being disseminated as an alternative and renewable source. The Solid Oxide Fuel Cells (SOFC), with the possibility of being fed with ethanol, are presented with relevance to Brazil, even if their application is limited thanks to their high working temperatures. Therefore, research is nedded to make this fuel cell type usabel in large scale. In this work, a cathodic material for SOFC, the strontium cobaltite (SrCoO3-δ), was synthesized by the methods of copreciptation, combustion with urea, Pechini and gelatin. The synthesized powders were calcined at 1.000 °C for 4 hours and characterized by X-Ray Driffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM). The synthesized powders were mechanically mixed with gadolinium-doped ceria (Ce0.9Gd0.1O2-δ – GDC) to produce the composite samples. The films were deposited on GDC substrates by the screen-printing method and, after, were sintered at 1.100 °C for 6 hours. Lastly, the cathodic films were characterized by Impedance Spectroscopy. With the chosen synthesis methods, it was verified their influence on microstructure and electrical characteristics. The synthesis method that produced the material with monophasic perovskite structure and lowest area specific resistance (ASR), of 0.0543 Ω·cm2, at 800 °C in air, was the Pechini method.NenhumaO consumo de combustíveis fósseis e suas emissões tem causado grande desequilíbrio no ambiente, fazendo com que se busque formas alternativas e renováveis de energia. Assim, as células a combustível, sendo dispositivos eletroquímicos que transformam a energia química de determinados combustíveis em energia elétrica, por meio de reações de oxirredução, vêm sendo disseminadas como fonte alternativa e renovável. As células a combustível de óxido sólido (SOFC), com a possibilidade de serem alimentadas com etanol, apresentam-se com relevância para o Brasil, mesmo que sua utilização seja limitada graças a suas altas temperaturas de operação. Assim, pesquisa deve ser feita para tornar esse tipo de célula a combustível utilizável em larga escala. Neste trabalho, foi desenvolvido um material catódico para SOFC, a cobaltita de estrôncio (SrCoO3-δ), sintetizado pelos métodos da co-precipitação, da combustão por ureia, Pechini e da gelatina. O pós sintetizados foram calcinados a 1.000 °C por 4 horas e caracterizados por Difração de Raios X (DRX) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Os pós sintetizados foram misturados com óxido de cério dopado com gadolínio (Ce0,9Gd0,1O2-δ – CGO) mecanicamente para a formação dos compósitos. Os filmes foram depositados sobre substratos de CGO por serigrafia (screen-printing) e, posteriormente, passaram por tratamento térmico de 1.100 °C por 6 horas. Por fim, os filmes catódicos foram caracterizados por Espectroscopia de Impedância. Com os métodos de síntese escolhidos, verificou-se a influência dos mesmos tanto na microestrutura quanto nas características elétricas. O método de síntese que produziu material com estrutura perovskita monofásica e o menor valor de resistência de área (RES), de 0,0543 Ω·cm2, a 800 °C em ar, foi o método de Pechini