Síntese e caracterização da céria dopada com gadolínia e samária para aplicação em células combustíveis SOFC’s

Abstract

Considerando a necessidade crescente do mundo no desenvolvimento de novas tecnologias para produção de energia limpa, novos materiais são pesquisados para suprir estas necessidades. Este é o caso de materiais condutores de íons oxigênio baseados em céria dopada, que atualmente são muito atraentes por oferecer elevada condutividade iônica (10-2 σ/cm-1) a temperaturas consideradas intermediarias (∼600 °C). Esta característica torna os materiais baseados em céria dopada promissores para aplicações em células combustíveis de óxido sólido (SOFCs). Este trabalho de conclusão de curso tem por objetivo principal desenvolver eletrólitos sólidos cerâmicos para aplicações em células combustíveis. São propostas duas estequiometrias: Ce0.8Gd0.2O2 e Ce0.8Gd0.18Sm0.02O2 a fim de estudar a influência da mono e dupla dopagem na condutividade elétrica da céria. Os materiais de partida foram nitratos hexaidratados com pureza de 99,95%. Como métodos de síntese para obtenção do material cerâmico foram escolhidos o método dos precursores poliméricos (Pechini) e a precipitação controlada, pois estes métodos garantem homogeneidade química, obtenção de pós com tamanho de partícula da ordem dos nanômetros e principalmente, reprodutibilidade do processo. A caracterização dos óxidos sintetizados revelou a formação de solução sólida substitucional na céria, pois na difração de raios X não foi identificada a formação de segundas fases. Corpos de prova foram conformados via prensagem uniaxial a frio (249 MPa) e posteriormente sinterizados à temperatura de 1500 °C por duas horas. Após caracterização dos compactados foi constatada a maior densidade aparente, 91%, na amostra de Ce0.8Gd0.18Sm0.02O2 obtida pelo método Pechini. A amostra Ce0.8Gd0.2O2, obtida pelo mesmo método, obteve uma densidade aparente de 87%. A espectroscopia de impedância revelou que a condutividade iônica destas amostras na temperatura de 600 °C foi de 1.5x10-2 σ/cm-1 e de 0.4x10-2 σ/cm-1 respectivamente. Estes resultados sugerem que a incorporação de um segundo dopante influência de forma benéfica a sinterabilidade e a condutividade da céria.