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metadata.dc.type: Dissertação
Title: Síntese e caracterização de BaCe0,2Zr0,7Y 0,1O3-δ (BCZY) dopado com Ca e Sr para utilização em células a combustível
metadata.dc.creator: Zelenski, Charles Hartmann
metadata.dc.contributor.advisor1: Chinelatto, Adriana Scoton Antonio
metadata.dc.contributor.referee1: Wendler, Leonardo Pacheco
metadata.dc.contributor.referee2: Kubaski, Evaldo Toniolo
metadata.dc.description.resumo: As células a combustível de óxido sólido (CaCOS) são uma alternativa para produção de energia limpa, com baixa emissão de gases do efeito estufa, convertendo energia química em energia elétrica, com alta eficiência e apresentando componentes no estado sólido. A CaCOS é formada pelo eletrólito e dois eletrodos, o catodo e anodo. Os materiais cerâmicos que apresentam propriedades elétricas aplicáveis na produção de uma CaCOS são baseados na estrutura perovskita (ABO3), e o tipo de condução podendo ser protônica ou iônica. A dopagem pode ser feita nos elementos de posição A e B, modificando as propriedades finais do material. O objetivo deste trabalho é estudar a síntese de uma perovskita do tipo BaCe0,2Zr0,7Y0,1O3- (BCZY) dopadas com cálcio e estrôncio, para utilização em eletrólitos. Esses elementos substituirão na rede cristalina íons de posição de rede A, de forma a melhorar condutividade protônica e a estabilidade química. As composições sintetizadas foram: Ba1-xCaxCe0,2Zr0,7Y0,1O3- e Ba1-xSrxCe0,2Zr0,7Y0,1O3-, onde os valores de x são 0,05 e 0,025; que equivalem a 1% e 0,5% em mol do elemento dopante, respectivamente. Os compostos cerâmicos com essas composições foram baseados na perovskita BaCe0,2Zr0,7Y0,1O3-, que possui propriedades elétricas otimizadas apresentando condução protônica. Preparou-se os pós por mistura de óxidos em moinho excêntrico. As amostras foram compactadas por prensagem uniaxial. Realizou-se a sinterização a 1500oC por 2 e 4 horas. A caracterização das amostras sinterizadas foi realizada por difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de impedância, porosidade aparente e densidade aparente. Obteve-se as composições desejadas com apenas uma fase, correspondendo à fase perovskita. As composições com Sr apresentaram alta porosidade, cerca de 30%, o que inviabilizou a realização de medidas elétricas nas amostras dessas composições. O tempo de sinterização pouco influenciou nos valores das propriedades das amostras analisadas. As composições com Ca apresentaram porosidades baixas, onde a composição com 0,5% em mol de Ca, Ba0,975Ca0,025Ce0,2Zr0,7Y0,1O3-ẟ, apresentou densidade aparente de 5,72g/cm3, porosidade aparente de 0,96% e densidade relativa de 93,8%, indicando que a adição do cálcio ajudou na densificação das amostras. A composição com 0,5% em mol de Ca, apresentou condutividade elétrica de 2,98.10-3 S.cm-1 e energia de ativação total de 0,70 eV.
Abstract: Solid oxide fuel cells (SOFC) are an alternative source of clean energy, with low emissions of greenhouse gases, converting chemical energy into electrical energy, with high efficiency and with components in solid state. The SOFC is composed by electrolyte and two electrodes, the cathode and the anode. The ceramic materials that present applicable electrical properties to produce SOFC have the perovskite (ABO3) structure, and the type of conduction can be protonic or ionic. The objective of this work is to study the synthesis of a perovskite of the type BaCe0,2Zr0,7Y0,1O3- (BCZY) with calcium and strontium additives, for electrolytes usage, these elements will replace A sites ions in the crystalline structure, to improve protonic conductivity and chemical stability. The synthesized compositions are: Ba1-xCaxCe0,2Zr0,7Y0,1O3 and Ba1-xSrxCe0,2Zr0,7Y0,1O3-, where the values of x are 0,05 and 0,025; that equate to 1%mol and 0,5%mol of additive element, respectively. The ceramic with these compositions were based in the BaCe0,2Zr0,7Y0,1O3- perovskite, which have optimal electrical properties and present proton conductivity. The compositions were prepared by solid state reaction. The samples were compressed by uniaxial pressing. The samples were sintered for 1500°C for 2 and 4 hours. The characterization was done by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, impedance spectroscopy, porosity and density. The expected compositions were obtained with single phase, with structure type of perovskite. The compositions with Sr additives did not densify, with 30% porosity, what did not make possible to do electric measures. Sintering time had little effect in the properties values. Compositions with 0,5 in %mol of Ca, Ba0,975Ca0,025Ce0,2Zr0,7Y0,1O3, presented density of 5,72 g/cm3, porosity of 0,96% and relative density of 93,8%. Indicating that Ca improves densification. The composition with 0,5 in %mol Ca presented conductivity of 2,98.10-3 S.cm-1 and total activation energy of 0,70eV.
Keywords: célula a combustível
eletrólito
perovskita
condutividade protônica
fuel cell
electrolyte
perovskite
proton conductivity
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Estadual de Ponta Grossa
metadata.dc.publisher.initials: UEPG
metadata.dc.publisher.department: Departamento de Engenharia de Materiais
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências de Materiais
Citation: ZELENSKI, Charles Hartmann. Síntese e caracterização de BaCe0,2Zr0,7Y0,1O3-δ (BCZY) dopado com Ca e Sr para utilização em células a combustível. 2023. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência de Materiais) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2023.
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/4159
Issue Date: 7-Mar-2023
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