Síntese por combustão de óxidos de cério dopado com lantânio tendo em vista sua utilização como ânodo em célula a combustível de óxido sólido (SOFC)

Abstract

O trabalho em questão tem como foco principal em utilizar a síntese por combustão para obter o óxido de cério dopado com óxido de lantânio com características e propriedades adequadas para sua utilização futura como um ânodo de uma célula a combustível de óxido sólido (SOFC). As células a combustível são dispositivos que convertem eletroquimicamente combustíveis químicos em eletricidade; essencialmente, uma bateria que não para de fornecer corrente elétrica por causa da sua continua alimentação externa de combustível. As principais funções do ânodo em um célula à combustível são: prover sítios para reações eletroquímicas de oxidação do gás combustível com os íons provenientes do eletrólito, permitir a difusão do gás combustível para os sítios reativos da interface do eletrodo com o eletrólito, assim como transportar para o interconector os elétrons que são gerados nas reações eletroquímicas. Para a obtenção deste óxido para uso como ânodo de uma SOFC, foi proposto utilizar a síntese por combustão de solução, por ser um método simples, e econômico em termos de energia e tempo na sua realização além de possibilitar a obtenção de pós em escala manométrica, com elevada área superficial mantendo a homogeneidade química. Logo, nesse trabalho, a síntese de combustão foi utilizada para obter o óxido de cério dopado com lantânio (LaCeO3) variando as proporções estequiométricas desses óxidos (cério e lantânio) e os combustíveis utilizados (ureia e sacarose). No processo de síntese foram utilizados nitratos de cério e lantânio como reagentes oxidantes e ureia e sacarose como reagentes redutores (combustível). Após síntese os pós foram caracterizados pelas técnicas de Difração de Raios X, Microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise termogravimétrica (TGA) e BET. Portanto, com este trabalho, foi possível concluir que o método de síntese de combustão permite a obtenção do óxido de cério dopado com óxido de lantânio, monofásico, após adicionar 200% de excesso de ureia e 100 % de sacarose. Também, foi observado que a utilização da sacarose favorece a obtenção de pós com menor tamanho de partícula e maior área superficial específica, além de formar aglomerados com aspecto na forma de esponja que permite maior porosidade. Características estas, que podem favorecer a sua utilização como ânodo em células a combustível óxido sólido.

The work mainly focus to used in the combustion synthesis for cerium oxide doped with lanthanum oxide with characteristics and properties suitable for future use as an anode of a fuel cell solid oxide (SOFC). Fuel cells are electrochemical devices that convert chemical fuel into electricity; essentially a battery for providing uninterruptedly electrical current due to the continuous external supply of fuel. The main functions of the anode in a fuel cell is providing sites for electrochemical reactions of oxidation of the fuel gas ions from the electrolyte, allow diffusion of the fuel gas to the reactive sites of the electrode interface with the electrolyte, as well as transporting interconnector to the electrons that are generated in the electrochemical reactions. In order to obtain this oxide for use as the anode of a SOFC, was proposed using the combustion synthesis solution, being a simple and economical in terms of energy and time on their achievement, besides allowing obtaining powders gauge scale with high surface area while maintaining chemical homogeneity. Thus, in this work, the combustion synthesis was used to obtain cerium oxide doped with lanthanum (LaCeO3) varying the stoichiometric ratios of these oxides (cerium and lanthanum) and fuels (urea and sucrose). In the synthesis process of cerium and lanthanum nitrate as oxidizing, reagents such as sucrose, and urea and reducing reagents (fuel) were used. After synthesis the powders were characterized by the techniques of X-ray Diffraction, Scanning electron microscopy (SEM), thermal gravimetric analysis (TGA) and BET. Therefore, was concluded that the combustion synthesis method allows obtaining cerium oxide doped with lanthanum oxide phase, after adding 200% excess of urea and 100% sucrose. It was also observed that the use of sucrose favors the obtaining powders with smaller particle size and higher specific surface area, and form agglomerates aspect in the form of sponge that allows greater porosity. These characteristics, which may encourage its use as an anode in solid oxide fuel cells.