Fabricação de uma célula a combustível unitária do tipo SOFC com implementos de fácil aquisição

Abstract

O presente trabalho teve como propósito a síntese, caracterização e fabricação de uma célula combustível unitária de óxido sólido (SOFC), por meio de uma metodologia acessível e eficaz, visando futuras aplicações energéticas. Para isto, foram adotados procedimentos padronizados para a obtenção do eletrólito sólido, eletrodo catódico e célula unitária. A síntese do óxido de cério dopado com gadolínio e samário (GdSm-CeO2), para o eletrólito, foi realizada através do método de precursores poliméricos (Pechini). Subsequentemente, os procedimentos de processamento como a moagem para a desaglomeração de partículas, compactação por prensagem uniaxial a frio e sinterização foram realizados com base nos resultados experimentais obtidos no presente trabalho e em referências de trabalhos anteriormente desenvolvidos. As técnicas de caracterização de difração de raios X (DRX), espectroscopia de raios X por energia dispersiva (EDS), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET), aplicadas ao elétrolito, revelaram uma estrutura cristalina do tipo cúbica de face centrada, sem presença de fases secundárias, e após a sinterização foi observado um tamanho médio de grãos de 1,36 µ𝑚. Uma aproximação do desempenho elétrico em função da temperatura foi estudado e os resultados sugerem sua aplicabilidade como condutor iônico na faixa de temperatura operacional da SOFC (aproximadamente de 400 a 600 °C) com condutividade de 1,58 ∗ 10−4 𝑠/𝑐𝑚 à 400 °C. A ferrita de lantânio dopada com estrôncio (LSF), sintetizada pelo método Pechini, atua como material catalítico do cátodo. A análise de DRX, para a LSF, destacou a estrutura cristalina do tipo perovskita, essencial para as reações eletroquímicas na célula. A aplicação do material catalítico foi realizada por meio do método da impregnação, sendo necessário a fabricação de um suporte poroso previamente. As análises de EDS e MEV indicaram uma composição e aderência satisfatória na superfície do eletrólito/eletrodo. Finalmente, procedeu-se à montagem da célula unitária em bancada. Um circuito externo foi elaborado para realização de um teste preliminar de funcionamento da célula utilizando um multímetro digital e um controle de temperatura. Os resultados alcançados neste trabalho representam um passo significativo em direção a futuras aplicações com temperaturas intermediárias, destacando o potencial desta tecnologia para contribuir de maneira positiva no cenário energético.