Síntese e caracterização da perovskita BaCe0,2Zr0,7Y0,1O3- δ para uso como eletólito sólido em células a combustível usando aditivos de sinterização e obtidas por método pechini modificado e reação no estado sólido

dc.contributor.advisor1Chinelatto, Adriana Scoton Antonio
dc.contributor.advisor1Latteslattes.cnpq.brpt_BR
dc.contributor.instituicao-banca1Universidade Federal de Itajubápt_BR
dc.contributor.instituicao-banca2Universidade Estadual de Ponta Grossapt_BR
dc.contributor.instituicao-banca3Universidade Federal de São Paulopt_BR
dc.contributor.instituicao-banca4Universidade Estadual de Ponta Grossapt_BR
dc.contributor.referee1Gelfuso, Maria Virgínia
dc.contributor.referee1Latteslattes.cnpq.brpt_BR
dc.contributor.referee2Kubaski, Evaldo Toniolo
dc.contributor.referee2Latteslattes.cnpq.brpt_BR
dc.contributor.referee3Wendler, Leonardo Pacheco
dc.contributor.referee3Latteslattes.cnpq.brpt_BR
dc.contributor.referee4Serbena, Francisco Carlos
dc.contributor.referee4Latteslattes.cnpq.brpt_BR
dc.creatorViechineski, Flavia Nocêra
dc.creator.Latteslattes.cnpq.brpt_BR
dc.date.accessioned2025-04-17T14:25:31Z
dc.date.accessioned2026-06-29T14:33:34Z
dc.date.available2025-04-17T00:00:00Z
dc.date.available2025-04-17T14:25:31Z
dc.date.issued2024-12-16
dc.description.abstractGreenhouse gas emissions have led to significant mobilization by the community seeking sustainable alternatives for global energy supply. One such alternative is the development of fuel cells, which convert chemical energy into electrical energy, generating heat and water vapor as byproducts. Solid oxide fuel cells, especially those operating via proton transport, have gained prominence due to their ability to function at intermediate temperatures while maintaining good performance and efficiency. The construction of the electrolyte (a key component of the cell) poses a challenge; however, some formulations show promise, such as BaCe0,2Zr0,7Y0,1O3-δ (BCZY27) with the addition of sintering additives. ZnO is the most studied sintering additive in perovskite compositions, but other additives, like Fe2O3 and Mn2O3, offer advantages, although they are not widely studied for BCZY27 compositions in the literature. This study aims to analyze the BCZY27 formulation with ZnO, Fe2O3 and Mn2O3 additives synthesized using the Modified Pechini method and ZnO, Fe2O3 additives synthesized via solid-state reaction. After synthesizing the powders using both methods and sintering at 1500°C, the samples were characterized by X-ray diffraction (XRD) with Rietveld analysis, scanning electron microscopy with energy-dispersive spectroscopy (SEM-EDS), apparent density and porosity measurements, and impedance spectroscopy. Results showed effective densification (above 95%) for compositions obtained via the Modified Pechini method, regardless of the sintering additive, where densification occurred via liquid-phase sintering. In contrast, solid-state reaction- derived powders exhibited insufficient densification. Analyses revealed that Fe2O3 and Mn2O3 additives led to the formation of secondary phases during sintering, reducing conductivity and increasing activation energy compared to compositions with ZnO. Using ZnO as an additive in the solid-state reaction composition resulted in a secondary phase; however, density, activation energy, and conductivity values were within the ideal range for use as an electrolyte. The most promising result was found for the Modified Pechini composition with ZnO, which achieved approximately 98% densification, an activation energy of 0.47 eV, and a conductivity of 1.07∙10−3 S/cm, with no secondary phase formation, suggesting zinc was incorporated into the perovskite structure.pt_BR
dc.description.resumoEmissões de gases do efeito estufa têm provocado grande mobilização por parte da comunidade que deseja buscar alternativas sustentáveis para o fornecimento de energia global. Uma dessas alternativas, é a construção de células a combustível, que tem como princípio a conversão da energia química em energia elétrica gerando como subprodutos calor e vapor de água. As células a combustível de óxido sólido principalmente as que funcionam a partir do transporte de prótons, tem ganhado destaque, devido a característica de necessitarem de temperaturas intermediárias para seu funcionamento e apresentarem bom desempenho e eficiência. A construção do eletrólito (componente da célula) é um desafio, no entanto algumas formulações apresentam-se promissoras como BaCe0,2Zr0,7Y0,1O3-δ (BCZY27), acrescida de aditivos de sinterização. O ZnO é o aditivo de sinterização mais estudado em composições do tipo perovskita, no entanto outros aditivos oferecem vantagens como Fe2O3 e Mn2O3, os quais não aparecem em estudos para a composição BCZY27 na literatura. O presente trabalho tem por objetivo estudar a formulação BCZY27 acrescida de ZnO, Fe2O3 e Mn2O3 obtida pelo método Pechini Modificado e acrescida de ZnO, Fe2O3 para composições obtidas por reação no estado sólido. Após a síntese dos pós pelos dois métodos e a sinterização a 1500°C, as amostras foram caracterizadas por difração de raios X (DRX) com análise Rietveld, microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia de energia dispersiva (MEV-EDS), densidade e porosidade aparente e espectroscopia de impedância. Os resultados mostraram densificação efetiva (acima de 95%) para composições obtidas pelo método Pechini modificado, independente do aditivo de sinterização utilizado, sendo que o processo ocorreu via fase líquida, e densificação abaixo da necessária para os pós obtidos por reação no estado sólido. Análises mostram que o uso de Fe2O3 e Mn2O3 nas composições proporcionou a formação de fases secundárias durante a sinterização reduzindo a condutividade e elevando a energia de ativação quando comparada a composição acrescida de ZnO. O uso desse aditivo na composição obtida por reação no estado sólido resultou na formação de uma fase secundária, no entanto valores de densidade, energia de ativação e condutividade encontram-se dentro do ideal para uso como eletrólito. O resultado mais promissor encontrado foi para a composição obtida por Pechini Modificado com aditivo ZnO, onde o valor de densificação foi de aproximadamente 98%, energia de ativação de 0,47eV e condutividade de 1,07∙10-3 S/cm, sendo que para essa composição não houve formação de fase secundária acreditando que o zinco foi incorporado a estrutura da perovskita.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorpt_BR
dc.identifier.citationViechineski, Flavia Nocêra. Síntese e caracterização da perovskita BaCe0,2Zr0,7Y0,1O3- δ para uso como eletólito sólido em células a combustível usando aditivos de sinterização e obtidas por método pechini modificado e reação no estado sólido. 2024. Tese (Doutorado em Engenharia e Ciências de Materiais) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2024.pt_BR
dc.identifier.urihttps://ri.uepg.br/handle/123456789/2326
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Estadual de Ponta Grossapt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentDepartamento de Engenharia de Materiaispt_BR
dc.publisher.initialsUEPGpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências de Materiaispt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectcélula a combustívelpt_BR
dc.subjecteletrólitopt_BR
dc.subjectperovskitapt_BR
dc.subjectaditivos de sinterizaçãopt_BR
dc.subjectfuel cellpt_BR
dc.subjectelectrolytept_BR
dc.subjectperovskitept_BR
dc.subjectsintering additivespt_BR
dc.subject.cnpqEngenharia de Materiaispt_BR
dc.titleSíntese e caracterização da perovskita BaCe0,2Zr0,7Y0,1O3- δ para uso como eletólito sólido em células a combustível usando aditivos de sinterização e obtidas por método pechini modificado e reação no estado sólidopt_BR
dc.typeTesept_BR

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