Obtenção de eletrólitos sólidos com composição Ce0,8 Gd0,2O1,9, para aplicações em células a combustível

Abstract

Este trabalho desenvolveu cerâmicas condutoras iônicas de céria dopada com gadolínia formando o sistema Ce0,8Gd0,2O1,9, visando seu uso como eletrólito em células a combustível de óxido sólido. O pó foi sintetizado pelo método dos precursores poliméricos (Pechini) a partir de nitratos hexahidratados de cério e gadolínio, de maneira a obter uma resina, posteriormente caracterizada por análise térmica diferencial/termogravimétrica (ATD/TG) e espectroscopia de infravermelho (FTIR). Com o objetivo de comparar a influência da temperatura de calcinação na condutividade iônica nas amostras sinterizadas, esta resina foi calcinada às temperaturas de 600 e 800 ºC, resultando em óxidos cristalinos nos quais foi identificada a fase tipo fluorita por meio da difratometria de raios-X (DRX). Parte do pó calcinado, às diferentes temperaturas, foi submetido à moagem mecânica por moinho de atrição. Finalmente foram obtidos corpos-de-prova por prensagem uniaxial a frio e sinterização a 1500 ºC, estes apresentaram densidades aparentes acima do 90% medidas pelo método de Arquimedes. Realizou-se a avaliação da morfologia através de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e caracterização elétrica por meio de espectroscopia de impedância complexa (EIC). A caracterização elétrica mostrou que a maior eliminação do material orgânico obtida nas amostras calcinadas à temperatura de 800ºC, não garantiu um incremento da condutividade de contorno de grão, normalmente menor que a condutividade de grão e associada à presença de impurezas na amostra. Por outro lado, o comportamento elétrico das amostras mostrou-se altamente influenciado pela morfologia final do grão e do contorno de grão, que por sua vez é condicionada por cada um dos processos realizados (sínteses, calcinação, moagem e sinterização). _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

This work developed ion conductive ceramic of gadolinia doped ceria, forming Ce0,8Gd0,2O1,9 system, aiming its use as electrolyte in solid oxide fuel cells. The powder was synthesized by the polymeric precursor method (Pechini) from cerium and gadolinium nitrates hexahydrates, so as to obtain a resin which was characterized by differential thermal analysis/thermogravimetry (DTA / TG), and infrared spectroscopy (IR). Aiming to compare the calcination’s temperature influence on ionic conductivity in sintered samples, this resin was calcined at 600 and 800°C, resulting in crystalline oxides in which a fluorite phase type was identified by X-ray diffraction (XRD). Part of the calcined powder at different temperatures, was subjected to mechanical milling by attrition mill. Finally, test samples were obtained by uniaxially cold pressed and sinterization at 1500°C, with bulk densities above 90% measured by Archimedes method. Morphology evaluation was performed by scanning electron microscopy (SEM) and electrical characterization obtained by complex impedance spectroscopy (CIS). Electrical characterization showed that the major elimination of material organic in calcined samples at 800°C, did not guarantee an increase in grain boundary conductivity, usually lower than grain conductivity and associated with impurities presence in the sample. On the other hand, samples electrical behavior were strongly influenced by the morphology of the final grain and grain boundary, which in turn is conditioned by each one of the processes performed (synthesis, calcination, milling and sintering).