Desenvolvimento e testes de células a combustível suportadas pelo anodo com eletrólitos depositados por spin-coating

F.N Tabuti,D.Z Florio,F.C Fonseca

doi:10.1590/s1517-70762013000100006

Abstract

No presente estudo são apresentados os desenvolvimentos de células suportadas pelo anodo usando os materiais convencionais, à base de zircônia estabilizada com ítria (ZEI) e NiO, e técnicas químicas de síntese e de deposição de camadas dos demais componentes: camada funcional, eletrólito e catodo. Os eletrodos foram sintetizados no Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) por técnicas químicas que garantem homogeneidade de fases e controle de distribuição de tamanho de partículas. Suspensões de ZEI foram desenvolvidas para a deposição por spin-coating (SC) com características que permitam a deposição de camadas do eletrólito com cerca de 10 µm de espessura em poucas etapas. Após as deposições, as meias células são co-sinterizadas em temperaturas na faixa de 1300-1500°C. A deposição de catodos à base de manganita de lantânio dopada com estrôncio (LSM) foi feita pela técnica de wet powder spray de suspensões à base de etanol. As propriedades eletroquímicas das Células a Combustível de Óxidos Sólidos (CCOSs) unitárias foram medidas na faixa de temperatura entre 600 e 800°C, usando hidrogênio umidificado (3 vol.%H2O) como combustível e ar como oxidante. Os principais resultados mostram que as camadas do eletrólito são homogêneas e estanques. As células exibiram voltagem de circuito aberto ~1 V e bom desempenho em temperaturas intermediárias, confirmando a boa qualidade dos eletrólitos produzidos por SC.

Highlights

Células a combustível de óxidos sólidos (CCOSs), também conhecidas por pilhas a combustível de óxidos sólidos, têm usado como suporte um eletrodo, geralmente o anodo, que serve de base estrutural para camadas dos demais componentes
Grandes esforços de pesquisa nesta área estão voltados para o desenvolvimento de células a combustível de óxido sólido de alto desempenho em temperaturas intermediárias [2].Estas temperaturas têm como vantagem uma menor exigência sobre os componentes da CCOS, possibilitando mais opções para a seleção de materiais [3]
AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao CNPq, FINEP e CNEN pelo financiamento recebido e bolsas

Summary

INTRODUÇÃO

Células a combustível de óxidos sólidos (CCOSs), também conhecidas por pilhas a combustível de óxidos sólidos, têm usado como suporte um eletrodo, geralmente o anodo, que serve de base estrutural para camadas dos demais componentes. Como a temperatura de operação da célula depende principalmente da condutividade iônica do eletrólito, uma célula construída com camada fina de eletrólito e suportada pelo anodo, tem a vantagem de poder operar a temperaturas intermediárias (600-800°C) sem perdas significativas de desempenho [1]. Esta técnica consiste no recobrimento da superfície de um substrato por meio da ação da força centrífuga e é amplamente usada na fabricação de componentes eletrônicos com espessuras, usualmente, entre 10 nm e 1μm. A obtenção de eletrólitos com camadas de espessura normalmente usadas em CCOSs suportadas no anodo (~10μm) deve necessariamente envolver uma otimização do processo SC de deposição para que seja realizado em um número reduzido de etapas. CCOSs unitárias foram fabricadas e o estudo das suas propriedades eletroquímicas nas condições de operação confirmou a boa qualidade dos eletrólitos produzidos

MATERIAIS E MÉTODOS

RESULTADOS E DISCUSSÃO

CONCLUSÕES

Findings

AGRADECIMENTOS