Title

DEVELOPING AND EVALUATING CERAMIC MATERIALS FOR HIGH TEMPERATURE SOLID OXIDE FUEL CELL INTERCONNECTS

DESENVOLVIMENTO E AVALIAÇÃO DE MATERIAIS CERÂMICOS PARA INTERCONECTORES DE PILHAS A COMBUSTÍVEL DE ÓXIDO SÓLIDO DE ALTA TEMPERATURA

Authorship

Furtado, José Geraldo de Melo; Silva, Cristiane Abrantes da

Furtado, José Geraldo de Melo

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Silva, Cristiane Abrantes da

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DOI

10.5151/2594-5327-0001

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Abstract

High temperature solid oxide fuel cells (HTSOFC) are very attractive devices for cogeneration applications. However, due the severe operational conditions, there are several restrictions on the materials that can be used in this fuel cell type. The aim of this work is to evaluate the relationships between microstructural characteristics and electro-thermal- mechanical performance of multiple doped lanthanum chromites-based ceramics for HTSOFC interconnects. Multiple metal-doped lanthanum chromites-based ceramic powders were produced by auto-ignition combustion process from 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 show that the chemical synthesized powders provided the production of electronically conducting lanthanum chromites-based ceramics, which present high electrical conductivity, high densification level and coefficient of thermal expansion around 11.5 x 10-6 K-1, showing adequate compability with the other SOFC components and prepared in sintering temperature conditions lower that the normally considered to pure or monodoped lanthanum chromite-based ceramics. Key words: Lanthanum chromites; SOFC interconnects; Densification.

Pilhas a combustível de óxido sólido com altas temperaturas de operação (HTSOFC) são equipamentos bastante atrativos para sistemas de co-geração de energia. Contudo, devido às severas condições operacionais, existem muitas restrições acerca dos materiais que podem ser utilizados neste tipo de pilha a combustível. O objetivo deste trabalho é avaliar as relações entre características microestruturais e o desempenho eletrotérmico e dimensional de cerâmicas à base de cromita de lantânio com múltipla dopagem para uso em interconectores de HTSOFC. Cerâmicas de cromita de lantânio dopadas com metais alcalinos terrosos foram produzidas 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 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 experimentais obtidos mostram que os pós sintetizados proporcionaram a produção de cerâmicas relativamente densas e com condutividade elétrica adequada para a aplicação em questão, bem como coeficiente de expansão térmica médio por volta de 11,5 x 10 K , mostrando adequada compatibilidade com outros componentes de uma HTSOFC e sinterizadas em condições de temperatura inferiores às normalmente consideradas para cromitas de lantânio pura ou monodopadas.

Keywords

Lanthanum chromites; SOFC interconnects; Densification.

Cromitas de lantânio; Interconectores; Densificação.