Revestimento protetor cerâmico e cátodo depositados por spray pirólise sobre aço inoxidável

Abstract

A redução da temperatura de operação das células a combustível do tipo óxido sólido tem possibilitado a utilização de interconectores metálicos como suporte para os demais componentes. Essa configuração, utilizando suporte externo, apresenta como vantagem a utilização de uma menor quantidade de material empregada para a sua construção. Dentre as técnicas empregadas para a obtenção de componentes para as células a combustível do tipo ITSOFC (Intermediate Temperature Solide Oxide Fuel Cell), a técnica de spray pirólise se destaca por possibilitar a obtenção de materiais densos, porosos ou ainda com gradiente de porosidade. Este trabalho teve como objetivo a obtenção de revestimento denso protetor à base de La, Sr e Co e deposição de cátodo a partir de uma solução à base de La, Sr, Co e Fe por spray pirólise sobre aço inoxidável. Foi variada a temperatura de deposição visando a aplicação como revestimento protetor e cátodo para célula a combustível ITSOFC. A utilização da técnica de spray pirólise apresenta como principal vantagem a utilização de temperaturas mais baixas para o processamento em relação às outras técnicas de fabricação desses componentes, evitando a oxidação severa do material metálico utilizado como suporte. Propriedades morfológicas e químicas do revestimento denso e do cátodo foram determinadas utilizando as técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva (EDS), respectivamente. As fases apresentadas pelos filmes foram estudadas utilizando a técnica de difração de raios – X (DRX). As propriedades elétricas foram analisadas através da técnica de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) em uma faixa de temperatura de 100 °C a 800 °C. Através dos ensaios em alta temperatura foi possível verificar que o revestimento protetor cerâmico apresentou boa condutividade elétrica. Para o cátodo obtido a partir de uma solução à base de La, Sr, Co e Fe, após diferentes tratamentos térmicos foi observada a formação de fases secundárias, contudo obteve-se boa condutividade elétrica em alta temperatura.

The reduction in the operating temperature of solid oxide fuel cells has enabled the use of metallic interconnectors as a support for the other components. This configuration, using external support, has the advantage of using a lesser amount of material used for its construction. Among the techniques used to obtain components for ITSOFC fuel cells (Intermediate Temperature Solide Oxide Fuel Cell), the spray pyrolysis technique stands out for making it possible to obtain dense, porous or even porous gradient materials. This work aimed to obtain a protective coating based on La, Sr and Co and cathode deposition from a solution based on La, Sr, Co and Fe by spray pyrolysis on stainless steel. The deposition temperature was varied in order to be applied as a dense protective coating and cathode for the ITSOFC fuel cell. The use of the spray pyrolysis technique has as its main advantage the use of lower temperatures for processing compared to other techniques for manufacturing these components, avoiding the severe oxidation of the metallic material used as support. Morphological and chemical properties of the protective coating and the cathode were determined using the techniques of scanning electron microscopy (SEM) and dispersive energy X-ray spectroscopy (EDS), respectively. The phases presented by the films were studied using the X-ray diffraction technique (XRD). The electrical properties were analyzed using the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) technique in a temperature range of 100 °C to 800 °C. Through the tests at high temperature it was possible to verify that the ceramic protective coating presented good electrical conductivity. For the film deposited based on La, Sr, Co and Fe, after different thermal treatments carried out, the formation of secondary phases was observed, however good electrical conductivity was obtained at high temperature.