Deposição de LSM em substrato metálico para aplicação em SOFC pelo método de combustão de solução aspergida

Abstract

A necessidade da busca por novos meios de geração de energia tem se tornado cada vez mais importante nas últimas décadas, devido às mudanças climáticas causadas principalmente pelas altas taxas de emissão de CO2 produzidos por fontes convencionais de energia baseadas em combustíveis fósseis. Nesse contexto, as células a combustível surgem como uma fonte de energia alternativa com muito potencial por gerar energia com alta eficiência e de forma sustentável. Devido a isso, muitos estudos têm sido realizados no desenvolvimento de métodos simples e de baixo custo de componentes de células a combustível de óxido sólido (SOFC), tendo em vista a redução dos custos de produção desses dispositivos, o que possibilitaria sua utilização em larga escala. Este trabalho tem o intuito de estudar a deposição de filmes de LSM, usado como cátodo, sobre um substrato metálico usado como interconector em células a combustível, através do método de Combustão de Solução Aspergida. A influência da temperatura de deposição do filme e da diluição da solução precursora foram os parâmetros investigados neste trabalho. Com base nas análises de DRX, observou-se que a fase cristalina de LSM formou-se apenas com temperaturas superiores a 650ºC, independentemente da diluição da solução utilizada na preparação da amostra. As análises no MEV indicaram a formação de poros homogeneamente distribuídos e contínuos, características essenciais para sua utilização como cátodo de SOFC, em temperaturas de deposição e concentrações de soluções precursoras mais elevadas. Foi possível obter a fase cristalina sem tratamento térmico pós deposição em placas aquecidas acima de 650ºC. A caracterização elétrica, feita por meio da técnica de espectroscopia de impedância eletroquímica, indicou que o filme possui um comportamento típico de um material cerâmico. Foi obtido um valor de 1,832x10-4 eV correspondente à energia de ativação do material, mostrando que o material é um semicondutor com baixo valor de gap.

The need for the search for new means of energy generation has become increasingly important in recent decades due to climate change caused mainly by the high rates of CO2 emissions produced by conventional sources of energy based on fossil fuels. In this context, fuel cells emerge as an alternative energy source with a lot of potential for generating energy with high efficiency and in a sustainable way. Due to this, many studies have been carried out in the development of simple and low cost methods of fuel cell components, in order to reduce the production costs of such devices, which would allow their use in a large scale. The purpose of this work is to study the deposition of LSM films, used as cathod, on a metallic interconnector of a solid oxide fuel cell through the process Airbrushed Solution Combustion (ASC). The samples were investigated under the influence of both the deposition temperature and dilution of the precursor solution variations. These are two of the several parameters that of the technique used in this study. Based on the XRD analyzes, it was observed that the crystalline phase of LSM formed only with temperatures above 650°C, regardless of the dilution of the solution used in the experiment. SEM analyzes indicated the formation of homogeneously distributed and continuous pores, essential characteristics for their use as cathode of a SOFC, at higher deposition temperatures and higher concentrations of precursor solutions. The electric characterization, made by means of the electrochemical impedance spectroscopy technique, showed that the film has a typical behavior of a ceramic material. And then, a value of 1.832x10-4 eV corresponding to the activation energy of the material was obtained, which shows that this material is a semiconductor with low gap value.