Title

DESENVOLVIMENTO DE MATERIAIS À BASE DE CROMITAS DE LANTÂNIO PARA INTERCONECTORES DE CÉLULAS A COMBUSTÍVEL DE ÓXIDO SÓLIDO

DEVELOPMENT OF LANTHANUM CHROMITES-BASED MATERIALS FOR SOLID OXIDE FUEL CELL INTERCONNECTS

Authorship

Furtado, José Geraldo de Melo; Oliveira, Renata Nunes

Furtado, José Geraldo de Melo

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Oliveira, Renata Nunes

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DOI

10.5151/2594-5327-0053

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Abstract

Cromitas de lantânio (LaCrO3) são os principais materiais usados como interconectores de células a combustível de óxido sólido (CaCOS). Contudo, existem diversas dificuldades envolvidas no processamento destes materiais. Este trabalho tem por objetivo investigar e caracterizar o desenvolvimento microestrutural de cerâmicas à base de cromita de lantânio dopadas com metais alcalinos terrosos, correlacionando os parâmetros microestruturais, mormente o grau de densificação, e de processamento com as propriedades eletrotérmicas alcançadas. Sistemas cerâmicos à base de LaCrO3 dopados com metais alcalinos terrosos (Ca, Mg e Sr) foram produzidos a partir dos respectivos nitratos metálicos mediante o processo de reações em estado sólido. A composição de fases foi avaliada por meio de difração de raios-X e o grau de densificação através do método de Arquimedes. A caracterização do desenvolvimento microestrutural foi efetuada por microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de raios-X por dispersão de energia. Ensaios elétricos permitiram a determinação da condutividade elétrica das cerâmicas estudadas. Os resultados obtidos corroboram as observações da literatura acerca da dificuldade de obtenção de cerâmicas à base de LaCrO3 com elevado grau de densificação e evidenciam a grande influência da natureza dos dopantes sobre o mecanismo de sinterização e as características microestruturais e elétricas das cerâmicas produzidas. Os melhores resultados, em termos de densificação e condutividade elétrica, foram obtidos através de dopagem múltipla com cálcio, estrôncio e magnésio, e em condições de temperatura de sinterização inferiores às normalmente consideradas para cromitas de lantânio pura ou monodopadas.

Lanthanum chromites (LaCrO3) are the main materials used as interconnect for solid oxide fuel cells. However, there are several difficulties involved in the processing of these materials. The objective of this work is to investigate and to characterize the relationships between microstructural development process and the electro-thermal-mechanical behavior of earth-alkaline metals doped lanthanum chromites-based ceramics. Calcium and strontium doped lanthanum chromites-based ceramic powders were produced by solution-based method from respective metallic nitrates. Samples were prepared by pressing and sintering procedures. The phase composition was evaluated by X-ray diffraction and densification level by Archimedes method. The microstructural characterization was made by scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy and thermal analysis techniques. Electrical tests were used to evaluate the electrical conductivity of the samples, and thermal expansion coefficient was determined by dilatometric measurements. The obtained experimental results corroborate the literature comments concerning the difficulty of lanthanum chromite-based ceramics with high densification level and evidence the great influence of the nature of the dopants on the sintering mechanism and the microstructural and electric characteristics of the produced ceramics. The best ones results, in terms of densification and homogeneity characteristics, had been gotten through multiple doping with calcium and strontium, and in sintering temperature conditions lower that the normally considered to pure or mono-doped lanthanum chromite-based ceramics.

Keywords

Cromitas de lantânio; Células a combustível; Interconectores para CaCOS.

Lanthanum chromites; Fuel cell; SOFC interconnects.