Síntese e caracterização de materiais cerâmicos para aplicação como cátodos em células a combustível de óxido sólido (sofc)

Abstract

As células a combustível são dispositivos que convertem energia química diretamente em energia elétrica e calor, sem a necessidade de combustão direta como uma etapa intermediária, o que fornece ao sistema uma eficiência consideravelmente maior do que os sistemas termomecânicos convencionais. Este trabalho teve como objetivo a obtenção de pós cerâmicos com características específicas para a utilização como cátodos em células a combustível de óxido, através da Síntese por Combustão. Pretendeu-se também estudar o processamento dos pós obtidos para que se chegue a um material sinterizado que sirva de substrato para a deposição de eletrólitos compatíveis. Em uma célula de óxido sólido, o cátodo é a interface entre o ar (oxigênio) e o eletrólito; suas principais funções são catalisar a redução do oxigênio e conduzir os elétrons do circuito até o sítio da reação de redução. Assim, os cátodos das SOFC’s devem possuir um conjunto de propriedades específicas além de apresentar estabilidade térmica e química nas condições de operação. Portanto, neste trabalho foi obtido a perovskita de lantânio manganês dopada com estrôncio (LSM), material este, que apresenta características compatíveis para ser utilizado como cátodo. Para a obtenção da fase monofásica, o tipo e a concentração de combustível foram avaliados, bem como o ambiente utilizado para realizar a síntese. Paralelamente, usando o mesmo método de síntese, outro material foi obtido para utilização em SOFC de temperatura intermediária composto por cobalto e estrôncio dopado com antimônio (SCS). Os pós obtidos foram conformados por prensagem uniaxial e sua sinterização foi estudada para se atingir porosidades entre 30 e 40%, considerada ideal para a aplicação do material. As fases cristalinas foram identificadas pela técnica de DRX. Os aspectos morfológicos dos pós foram identificados por microscopia eletrônica de transmissão e de varredura, sendo esta última utilizada também para avaliação da microestrutura dos corpos sinterizados. Os tamanhos das partículas e dos cristalitos foram determinados usando-se, respectivamente, a microscopia eletrônica de transmissão e dados da difração de raios-X calculado pela equação de Scherrer; a área superficial específica foi medida pelo método de adsorção de gás BET, sendo o volume esférico equivalente das partículas calculado através deste dado. A amostra que apresentou o maior potencial de aplicação foi o LSM obtido com 400% de excesso de uréia e sintetizado na mufla, por apresentar, além de uma boa morfologia, a maior estabilidade da fase perovskita no produto final.