Development of functional layers for direct ethanol solid oxide fuel cells (2022)
- Authors:
- Autor USP: LIVINALLI, MARINA MACHADO - IPEN
- Unidade: IPEN
- DOI: 10.11606/T.85.2022.tde-18082022-154257
- Subjects: CÉLULAS A COMBUSTÍVEL; ELECTROLESS; LASER; VAPORIZAÇÃO DO CALOR; SINTERIZAÇÃO; NANOTECNOLOGIA; MATERIAIS COMPÓSITOS; OXIDAÇÃO; FERRO; GADOLÍNIO
- Language: Inglês
- Abstract: Esta tese explora a síntese e aplicação do óxido de cério como material em células a combustível de óxido sólido (SOFC) com propriedades adequadas para diminuir a temperatura de processamento e melhorar a eficácia das reações catalíticas e eletroquímicas. Três abordagens foram investigadas: i) uma rota de precipitação para a síntese de céria dopada com gadolínio (CGO) com um auxiliar de sinterização, ii) controle morfológico de nanocéria por uma rota hidrotermal e aplicação dos materiais como eletrólito e como camada catalítica para operação de uma SOFC com etanol, iii) aplicação de uma camada de barreira de céria dopada e uma camada nanoestruturada por método de deposição física. A rota de precipitação se mostrou eficiente para a síntese de céria nanométrica e a adição de Fe2O3 potencializou o mecanismo de sinterização. Inferiu-se que o Fe segrega nas interfaces do contorno de grão do CGO, diminuindo a energia de contorno de grão e favorecendo a eliminação da interface sólido-gás. No entanto, os precipitados ricos em Fe favoreceram a contribuição eletrônica do CGO, assim, seu uso como auxiliar de sinterização em eletrólitos à base de céria deve ser controlado para evitar alterações no transporte de carga do eletrólito. A rota hidrotermal foi investigada como uma nova abordagem para controlar o mecanismo de densificação do material. Através desta rota simples, nanobastões e nanocubos de CGO foram sintetizados por controle de temperatura. Os nanobastões de CGO exibiram altaenergia de superfície, promovendo difusão de massa em temperaturas mais baixas, levando a uma rápida densificação e, portanto, foram aplicados com sucesso como material eletrolítico em uma SOFC totalmente sinterizada a 1150 ºC. Por outro lado, os nanocubos de CGO exibiram uma atividade de sinterização muito baixa, atribuída à maior estabilidade superficial dos nanocubos. Os nanobastões e os nanocubos de CGO sintetizados foram avaliados como suportes para catalisadores à base de Ni na reação de reforma a vapor do etanol em temperatura intermediária. O catalisador de Ni suportado nos nanobastões de CGO apresentou a maior atividade após um tratamento térmico similar ao do processamento de uma SOFC, portanto, foi empregado como camada catalítica em uma SOFC operando diretamente com etanol. Foi demonstrado que a célula a combustível permaneceu estável em condições de operação com fluxo contínuo de etanol anidro. Camadas funcionais de céria dopadas nanoestruturadas depositadas por laser pulsado (PLD) foram aplicadas como camada de barreira e como camada funcional de cátodo. A deposição de tais camadas funcionais melhorou o desempenho da célula, tendo um papel importante tanto no aumento da durabilidade, quanto no aumento dos sítios de reação de redução de oxigênio. Em resumo, esta tese contribui para o desenvolvimento de nanomateriais com propriedades adequadas para aplicação em camadas funcionais de uma SOFC de alto desempenho
- Imprenta:
- Data da defesa: 09.06.2022
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- Cor do Acesso Aberto: gold
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ABNT
LIVINALLI, Marina Machado. Development of functional layers for direct ethanol solid oxide fuel cells. 2022. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2022. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-18082022-154257/. Acesso em: 03 jun. 2024. -
APA
Livinalli, M. M. (2022). Development of functional layers for direct ethanol solid oxide fuel cells (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-18082022-154257/ -
NLM
Livinalli MM. Development of functional layers for direct ethanol solid oxide fuel cells [Internet]. 2022 ;[citado 2024 jun. 03 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-18082022-154257/ -
Vancouver
Livinalli MM. Development of functional layers for direct ethanol solid oxide fuel cells [Internet]. 2022 ;[citado 2024 jun. 03 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-18082022-154257/
Informações sobre o DOI: 10.11606/T.85.2022.tde-18082022-154257 (Fonte: oaDOI API)
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