Processo de combustão de solução aspergida (CSA) para a obtenção de eletrodos para SOFC

Abstract

A diminuição nos custos de fabricação das SOFC e também a flexibilização do combustível utilizado em seu abastecimento são obstáculos que, uma vez transpostos, podem possibilitar a utilização em larga escala das SOFC. A melhoria no desempenho dos componentes das SOFC pode fazer esse dispositivo trabalhar em temperaturas mais baixas, facilitando a operação do dispositivo e aumentando sua vida útil. Nesse sentido, é útil o desenvolvimento de métodos de fabricação simples e de baixo custo de componentes de SOFC, que atualmente são obtidos na forma de filmes finos cerâmicos. Assim, é proposto o desenvolvimento de uma nova técnica baseada na reação de combustão para síntese de pós e a aerografia, no intuito de, por via úmida, obter filmes finos porosos de composições cerâmicas. Foram realizadas deposições de manganitas de lantânio dopadas com estrôncio e cromo (LSM e LSCM) e óxido de cério dopado com lantânio (LCO) sobre substratos de zircônia estabilizada com ítria (YSZ) e de aço AISI 430, com o propósito de verificar a viabilidade do método de combustão de solução aspergida (CSA) proposto neste trabalho. Embora vários dos filmes fabricados tenham ficado descontínuos ou com uma quantidade excessiva de trincas, alguns resultados foram satisfatórios. Alguns filmes de LSM depositados sobre YSZ apresentaram tamanho de grão reduzido, da ordem de algumas dezenas de nanômetros, e uma porosidade fina e interconectada que levou o material a apresentar um bom desempenho eletroquímico, visando sua aplicação como cátodo de SOFC. A partir das suas propriedades eletroquímicas e, principalmente, pela energia de ativação dos processos do eletrodo, verificou-se que a microestrutura conferida pelo método de CSA proporcionou uma melhoria no desempenho da LSM. Os filmes de LSM obtidos nesse trabalho apresentaram energias de ativação inferiores a 1,26 eV, enquanto na literatura são encontrados valores mais altos para meia-células semelhantes.

Lowering fabrication costs of SOFC’s and also their fuel flexibility are obstacles that, once transposed, can make possible the mass utilization of such devices. The improvement on the performance of SOFC’s components can allow these devices to work in lower temperatures, facilitating their operation and increasing their lifespan. In this sense, is very useful the development of simple and cheap fabrication techniques of SOFC’s components, which are nowadays obtained in the form of thin ceramic films. Thus, the development of a new fabrication method is proposed, based on the solution combustion synthesis reaction and airbrush painting, in order to obtain, by a wet chemical route, thin and porous ceramic films. Depositions of strontium and cobalt doped lanthanum manganites (LSM and LSCM) and lanthanum doped cerium oxide (LCO) were carried out over yttria-stabilized zirconia (YSZ) and AISI 430 steel with the intent of verifying the viability of the Airbrushed Solution Combustion (ASC) method, proposed in this work. Although several films fabricated by ASC were discontinuous or excessively cracked, some results were satisfactory. Some LSM films deposited over YSZ showed reduced grain size, in the order of tens of nanometers, and a fine interconnected porosity, which led the material to present good electrochemical performance, aiming its application as a SOFC’s cathode. From their electrochemical properties and, mainly, through activation energy of the electrode processes, it was seeing that the microstructure acquired with the ASC method enhanced the overall performance of LSM. The LSM films obtained in this work showed activation energies below 1,26 eV, while in the literature the values are higher than this for similar half-cells.