Estudo das rotas de síntese, métodos de sinterização e diferentes dopantes na produção de perovskitas BaCe0,2Zr0,7M0,1O3-ẟ (M=Y, Gd,Sm, Yb), para células a combustível
| dc.contributor.advisor-co1 | Gelfuso, Maria Virginia | |
| dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/1931804914096511 | pt_BR |
| dc.contributor.advisor1 | Chinelatto, Adriana Scoton Antonio | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/9180718046391058 | pt_BR |
| dc.contributor.instituicao-banca1 | Universitat Politècnica de València (UPV) | pt_BR |
| dc.contributor.instituicao-banca2 | Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) | pt_BR |
| dc.contributor.instituicao-banca3 | Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP) | pt_BR |
| dc.contributor.instituicao-banca4 | Universidade Estadual de Ponta Grossa (UEPG) | pt_BR |
| dc.contributor.referee1 | Tomás, Maria Amparo Borrell | |
| dc.contributor.referee2 | Sousa, Vânia Caldas de | |
| dc.contributor.referee2Lattes | http://lattes.cnpq.br/0565334367700450 | pt_BR |
| dc.contributor.referee3 | Wendler, Leonardo Pacheco | |
| dc.contributor.referee3Lattes | http://lattes.cnpq.br/7094050586166841 | pt_BR |
| dc.contributor.referee4 | Pianaro, Sidnei Antonio | |
| dc.contributor.referee4Lattes | http://lattes.cnpq.br/0351658283986781 | pt_BR |
| dc.creator | Hagy, Lidyanne da Silva | |
| dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/5880079488097331 | pt_BR |
| dc.date.accessioned | 2025-09-03T17:39:20Z | |
| dc.date.accessioned | 2026-06-29T14:34:31Z | |
| dc.date.available | 2025-09-03T00:00:00Z | |
| dc.date.available | 2025-09-03T17:39:20Z | |
| dc.date.issued | 2025-08-26 | |
| dc.description.abstract | Fuel cells are composed of two electrodes separated by an electrolyte and generate electrical energy from renewable sources. Among the various types, Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs) operate with a dense solid ceramic electrolyte and present the highest operating temperature. A promising strategy to reduce this temperature is the use of proton-conducting ceramics, such as barium cerate and barium zirconate-based perovskites. However, these materials require high sintering temperatures and long processing times. To enhance their sinterability, approaches such as the addition of sintering aids and the use of non-conventional sintering techniques, like reactive sintering and microwave-assisted sintering can be applied. This work investigates the perovskite phase formation and electrical performance of BaCe0,2Zr0,7M0,1O3-δ (BCZM, M = dopant)-based ceramics, prepared via solid-state reaction (SSR) and solid-state reactive sintering (SSRS), using both conventional and microwave-assisted sintering. The effects of Sm, Gd, Y, and Yb dopants, as well as the sintering additive ZnO (2 mol%), were investigated. In the case of the SSRS route, parameters such as heating rate, mixing time, and sintering dwell time were evaluated. Perovskite formation was influenced by the electronic properties of the dopants, with increasing reactivity following the order: Yb < Y < Gd < Sm. ZnO proved essential for densification in both SSR and SSRS routes, with emphasis on microwave sintering, which enabled high densification (>95%) in only 30 minutes and mitigated barium losses due to volatilization. In the case of reactive sintering, only the Sm-doped samples achieved apparent porosity below 5%. Among the SSRS, the Sm-doped samples sintered via microwave exhibited the highest total conductivity (~1.00 mS/cm), while the SSR sample doped with Gd, without ZnO, achieved the best overall electrical performance (2.20 mS/cm), contradicting expectations based on proton trapping and electronegativity. Moreover, microwave sintering promoted a distinct contribution of grain boundary conductivity, reducing the activation energy for conduction. Overall, the results indicate that the combination of the SSRS route, microwave sintering, and suitable dopants enable the production of dense conductive ceramic electrolytes with significant processing time savings (> 35h), without compromising microstructural and transport properties. | pt_BR |
| dc.description.resumo | As células a combustível são formadas por dois eletrodos separados por um eletrólito e produzem energia elétrica através de fontes renováveis. Dentre os tipos de células a combustível estão as Células a Combustível de Óxido Sólido (CaCOS), as quais operam com um eletrólito cerâmico sólido denso e cuja temperatura de operação é a mais alta em relação aos demais tipos. Uma rota promissora para a redução da temperatura de operação desse tipo de célula a combustível é a utilização de cerâmicas com condução protônica, como as perovskitas à base de cerato de bário e zirconato de bário, que, entretanto, demandam longos tempos e altas temperaturas de sinterização. Para aprimorar a sinterabilidade dessas cerâmicas, recursos que podem ser utilizados são a adição de óxidos que atuam como auxiliares de sinterização e métodos de sinterização não convencionais, como a sinterização reativa e sinterização por micro-ondas. Neste trabalho, investigou-se a formação da fase perovskita e o desempenho elétrico de cerâmicas à base de BaCe0,2Zr0,7M0,1O3 - δ (BCZM, M = dopante), preparadas pela rota de síntese por reação no estado sólido (SSR) e pela sinterização reativa (SSRS), utilizando sinterização convencional e assistida por micro-ondas. Foram investigados os efeitos dos dopantes Sm, Gd, Y e Yb, do aditivo de sinterização ZnO (2%mol), e no caso da rota SSRS, parâmetros como taxa de aquecimento, tempo de mistura e patamar de sinterização também foram avaliados. A formação da perovskita foi influenciada pelas propriedades eletrônicas dos dopantes, com tendência crescente de reatividade: Yb < Y < Gd < Sm. O ZnO foi essencial para a densificação nas rotas SSR e SSRS, com destaque para a sinterização por micro-ondas, que possibilitou alta densificação (>95%) em apenas 30 minutos e mitigou perdas de bário por volatilização. Na sinterização reativa, apenas as amostras dopadas com Sm obtiveram porosidade aparente inferior a 5%. Entre as SSRS, as amostras dopadas com Sm e sinterizadas por micro-ondas apresentaram a maior condutividade total (~1,00 mS/cm), enquanto a amostra SSR dopada com Gd, sem uso do ZnO, alcançou o melhor desempenho elétrico geral (2,20 mS/cm), contrariando expectativas baseadas no aprisionamento de prótons e na eletronegatividade. Observou-se ainda que a sinterização por micro-ondas promoveu diferente contribuição da condutividade de contorno de grão, reduzindo a energia de ativação para a condução. De forma geral, os resultados indicam que a combinação de rota SSRS, sinterização por micro-ondas e dopantes apropriados permite a obtenção de eletrólitos cerâmicos densos e condutivos com significativa economia de tempo de processamento (>35h), sem comprometer as propriedades microestruturais e de transporte. | pt_BR |
| dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior | pt_BR |
| dc.identifier.citation | HAGY, Lidyanne da Silva. Estudo das rotas de síntese, métodos de sinterização e diferentes dopantes na produção de perovskitas BaCe0,2Zr0,7M0,1O3-ẟ (M=Y, Gd,Sm, Yb), para células a combustível. 2025. Tese (Doutorado em Engenharia e Ciência dos Materiais) - Universidade Estadual de Ponta Grosssa, Ponta Grossa, 2025. | pt_BR |
| dc.identifier.uri | https://ri.uepg.br/handle/123456789/2333 | |
| dc.language | por | pt_BR |
| dc.publisher | Universidade Estadual de Ponta Grossa | pt_BR |
| dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
| dc.publisher.department | Setor de Ciências Exatas e Naturais | pt_BR |
| dc.publisher.initials | UEPG | pt_BR |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências de Materiais | pt_BR |
| dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
| dc.subject | Sinterização reativa | pt_BR |
| dc.subject | Sinterização por micro-ondas | pt_BR |
| dc.subject | Dopantes | pt_BR |
| dc.subject | Células a combustível | pt_BR |
| dc.subject.cnpq | Engenharia | pt_BR |
| dc.title | Estudo das rotas de síntese, métodos de sinterização e diferentes dopantes na produção de perovskitas BaCe0,2Zr0,7M0,1O3-ẟ (M=Y, Gd,Sm, Yb), para células a combustível | pt_BR |
| dc.type | Tese | pt_BR |
Files
Original bundle
1 - 1 of 1
Loading...
- Name:
- Lidyanne da Silva Hagy.pdf
- Size:
- 10.72 MB
- Format:
- Adobe Portable Document Format
- Description:
- Tese completa em PDF