Title

ANÁLISE DE CONJUGADOS CERÂMICOS ELETRODOS-ELETRÓLITO PARA CÉLULAS A COMBUSTÍVEL DE ÓXIDO SÓLIDO

ANALYSIS OF COMBINED ELECTRODES-ELECTROLYTE CERAMICS FOR HIGH AND INTERMEDIATE TEMPERATURE SOLID OXIDE FUEL CELLS

Authorship

Furtado, José Geraldo de Melo

Furtado, José Geraldo de Melo

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DOI

10.5151/2594-5327-20809

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Abstract

Célula a combustível de óxido sólido (SOFC) é o mais eficiente gerador de energia conhecido, sendo composto por um eletrólito e dois eletrodos cerâmicos constituindo um conjugado cerâmico eletrodo-eletrólitos (CEE), que é o coração da SOFC, no qual os processos de transferência de massa e de carga ocorrem e dão origem ao comportamento eletrotérmico do dispositivo. No entanto, estes processos são determinados pelas características micro e nanoestruturais do CEE e das respectivas interfaces em jogo. Neste sentido, este trabalho tem por objetivo caracterizar e avaliar as característica estruturais de CEEs com foco principal na análise realizada por técnicas de microscopia, difração de raios- X e análise de fluorescência. Os resultados da análise estrutural e de composição foram comparados com a caracterização electrotérmica feita por espectroscopia de impedância. Os resultados mostram a importância da uniformidade dos eletrodos porosos, do elevado nível de densificação e da homogeneidade físico-química do eletrólito para o desempenho elétrico macroscópico do dispositivo. A influência das características físico-químicas interfaciais e superficiais, além das massivas, foram analisadas e discutidas. Os melhores resultados, em termos de condutividades iónica e elétrica, estão no intervalo de 0,03 a 0,1 S/cm, numa faixa de temperaturas de 650 a 9000C.

Solid oxide fuel cell (SOFC) is the more efficient electrical power generator known and it is typically composed an oxygen ion electrolyte and ceramic electrodes constituting a combined electrodes-electrolyte ceramic (CEEC) device, which is the heart of the SOFC, where charge and mass transfer processes occur that give rise to electrothermal behavior of the device. However, these processes are determined by the micro and nanostructural features of the CEEC and its interfaces. In this sense, this work aims to characterize and evaluate the structural characteristic of CEEC with main focus on the analysis performed by microscopy techniques, X-ray diffraction and fluorescence analysis. Structural and compositional analysis results were compared with the electrothermal characterization made by impedance spectroscopy. The results show the importance of uniformity of porous electrodes, high densification level and physical-chemical homogeneity of the electrolyte to the macroscopic electric performance of the device. The influence of bulk, interface and surface physical-chemical characteristics were analyzed and discussed. The best results in terms of ionic and electrical conductivities are in the range 0.03 to 0.1 S/cm at a temperature range from 650 to 9000C.

Keywords

Fuel cells; Solid oxide fuel cell; Solid electrolyte; Electrolyte-electrode assembly.

Células a combustível; SOFC; Eletrólito sólido; Conjugado eletrólitoeletrodos.