Obtenção e caracterização de compósitos com condutividade tripla para uso como eletrodo de células a combustível

dc.contributor.advisor1Chinelatto, Adilson Luiz
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5360759362307787
dc.contributor.authorMoura, Victor Maruan Cavalcanti
dc.contributor.referee1Ramos, Kethlinn
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5856791042277661
dc.contributor.referee2Kubaski, Evaldo Toniolo
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/6173587951855813
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/4719447795186509
dc.date.accessioned2026-01-25T12:54:27Z
dc.date.accessioned2026-06-29T14:09:22Z
dc.date.issued2025-11-28
dc.description.abstractSolid oxide fuel cells (SOFCs) have emerged as a viable alternative to replace fossil fuels in the generation of clean energy with low environmental impact. The use of materials with perovskite structures in electrodes has gained significant attention, with systems such as BCZY being used in composite forms to achieve triple conductivity. The formation of a BCZY–LCN ceramic composite aims to combine two perovskites with different electrical behaviors to enhance catalytic activity at the electrode and promote triple conductivity in the composite. Through chemical synthesis routes and solid-state reaction, the goal was to obtain a composite with suitable porosity and high electronic, ionic, and protonic conductivity. XRD results indicate that the BCZY and LCN phases were formed during calcination, although secondary phases were observed. After sintering, besides the desired oxide phases, a secondary CeO2 phase was also identified. The PER and ESR composites exhibit porosities ranging between 30% and 45%. Four-point probe measurements confirm the electronic conductivity of LCN, with LCN55 PER showing a conductivity of 137.24 S/cm at 800°C and LCN55 ESR reaching 35.32 S/cm at the same temperature. Four- point measurements also indicate that the composites possess both electronic and ionic conductivity; however, protonic conductivity could not be confirmed. The PER composite exhibits a conductivity of 0.9083 S/cm at 400 °C, while the ESR composite reaches 0.7157 S/cm at 600 °C. Impedance spectroscopy measurements reveal that the material has low total conductivity in a hydrogen atmosphere, with evidence of additional phase formation after exposure to this reducing atmosphere. The PER and ESR composites showed higher polarization resistance when applied to BCZY substrates compared to LCN55 applied on the same substrate. SEM images reveal the presence of rod-like BaCO3 structures in BCZY27 synthesized by the modified Pechini method. The composites exhibit interconnected porosity in the SEM images, while the LCN55 bars did not achieve full densification, showing porosity. In addition, LCN55 PER displays larger grains compared to LCN55 ESR. Good adhesion was observed between the painted electrode (either the composite or pure LCN55) and the BCZY substrate used in the polarization resistance measurements.
dc.description.resumoAs células a combustível de óxido sólido (SOFCs) apresentam-se como uma alternativa viável para substituir os combustíveis fósseis na geração de energia limpa e de baixo impacto ambiental. O uso de materiais com estrutura perovskita em eletrodos tem ganhado atenção significativa, com sistemas como o BCZY sendo utilizados em formas de compósitos para alcançar condutividade tripla. A formação de um compósito cerâmico de BCZY com LCN visa combinar duas perovskitas com diferentes comportamentos elétricos para aumentar a atividade catalítica no eletrodo e propiciar condutividade tripla no compósito. Por meio de rotas de síntese química e reação no estado sólido, buscou-se obter um compósito com porosidade adequada e alta condutividade eletrônica, iônica e protônica. Os resultados de DRX indicam que as fases BCZY e LCN foram formadas durante a calcinação, embora tenham sido observadas fases secundárias. Após a sinterização, os óxidos além das fases desejadas, formaram também uma segunda fase de CeO2. Os compósitos PER e ESR apresentam porosidades variando entre 30% e 45%. As medidas elétricas em quatro pontos confirmam a condutividade eletrônica do LCN, com o LCN55 PER apresentando condutividade de 137,24 S/cm a 800°C e o LCN55 ESR alcançando 35,32 S/cm na mesma temperatura. As medidas em quatro pontos também indicam que os compósitos possuem tanto condutividade eletrônica quanto iônica, mas não é possível confirmar a condutividade protônica. O compósito PER apresenta condutividade de 0,9083 S/cm a 400°C, enquanto o compósito ESR alcança 0,7157 S/cm a 600°C. As medições de espectroscopia de impedância revelam que o material possui baixa condutividade total em atmosfera de hidrogênio, com evidências da formação de fases adicionais após a exposição a essa atmosfera redutora. Os compósitos PER e ESR demonstraram maior resistência à polarização quando aplicados em substratos de BCZY, em comparação ao LCN55 aplicado no mesmo substrato. Imagens de MEV revelam a presença de estruturas em forma de bastonetes de BaCO3 no BCZY27 sintetizado pelo método de Pechini modificado. Os compósitos apresentam porosidade interconectada nas imagens de MEV, enquanto as barras de LCN55 não alcançaram máxima densificação, apresentando porosidade. Além disso, o LCN55 PER apresenta grãos maiores em comparação ao LCN55 ESR. Observou-se boa adesão entre o eletrodo pintado (seja o compósito ou o LCN55 puro) e o substrato de BCZY usado nas medidas de resistência à polarização.
dc.identifier.citationMOURA, Victor Maruan Cavalcanti. Obtenção e caracterização de compósitos com condutividade tripla para uso como eletrodo de células a combustível. 2025. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2025.
dc.identifier.urihttps://ri.uepg.br/handle/123456789/2140
dc.language.isopt
dc.publisherUniversidade Estadual de Ponta Grossa
dc.rightshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.subjectCélula a combustível de óxido sólido
dc.subjectCondutividade tripla
dc.subjectCompósito cerâmico
dc.titleObtenção e caracterização de compósitos com condutividade tripla para uso como eletrodo de células a combustível
dc.typemaster thesis

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