Síntese e caracterização da cerâmica 'Ti IND. x''('Sm IND. 0,2''Ce IND. 0,8') IND. (1-x)''O IND. (2-Б) para aplicação como anodo em células a combustível de óxido sólido

Abstract

O objetivo deste trabalho foi preparar, pelo método dos precursores poliméricos, condutores mistos (eletrônico e iônico) de 'Ti IND. x''('Sm IND. 0,2''Ce IND. 0,8') IND. (1-x)''O IND. (2-Б) e estudar o efeito da adição de um íon homovalente (titânio) na propriedade estrutural e elétrica do óxido de cério dopado com samário, visando a sua aplicação como anodo em células a combustível (SOFC) que opera em temperaturas reduzidas. A adição do titânio se deu mantendo a substituição do cério por samário (íon aliovalente) à 20% em mol, constituindo o sistema 'Ti IND. x''('Sm IND. 0,2''Ce IND. 0,8') IND. (1-x)''O IND. (2-Б), na tentativa de prover condutividade eletrônica sem degradar a iônica. A caracterização física dos materiais obtidos foi feita por: análises térmicas (TG/DSC), difratometria de raios X (DRX) com refinamento estrutural pelo método de Rietveld, análise textural por adsorção de nitrogênio a 77K (BET), microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise elementar semi-quantitativa por energia dispersiva de raios X (EDX) e espectroscopia de impedância (caracterização elétrica). A análise termogravimétrica mostrou que temperaturas próximas à 700ºC é suficiente para que o material estivesse praticamente livre de orgânicos. A difratometria de raios X, associada ao método de refinamento estrutural de Rietveld, mostrou que a fase principal obtida é a do tipo cerianita e que para temperaturas de tratamento inferiores à 700ºC não há formação de fase secundária (monofásica). A 1000ºC, observa-se a formação das seguintes fases secundárias: titanato de samário quando as composições de 0,05'<OU='x<0,20 e Ti'O IND. 2' rutilo quando x'> OU ='0,20. O levantamento da isoterma de adsorção de nitrogênio a 77 K mostrou que a amostra com composição de titânio à x=0,05 foi a que apresentou maior área superficial...

This work aimed to prepare the electronic and ionic mixed conductor 'Ti IND. x''('Sm IND. 0,2''Ce IND. 0,8') IND. (1-x)''O IND. (2-Б) by polymeric precursor method and study the effect of homovalent ion (titanium) addition on the structure and electric properties of the samarium doped cerium oxide to apply as anode in solid oxide fuel cell (SOFC) operating at lower temperatures. The titanium was added by keeping the cerium and samarium ratio as 4:1, constituting the 'Ti IND. x''('Sm IND. 0,2''Ce IND. 0,8') IND. (1-x)''O IND. (2-Б) system, to provide electronic conductivity without lowering the ionic one. The characterization was carried out by simultaneous thermal analysis (TG/DSC), X ray diffractrometry (XRD) which data were refined by Rietveld method, nitrogen adsorption analysis at 77K (BET), scanning electron microscopy (SEM), semiquantitative elementar analysis by energy dispersive X ray (EDX) and impedance spectroscopy. The thermal analysis showed that a temperature close to 700ºC is enough to eliminate the organic compounds. The X ray diffractrometry showed that the samples are monophase constituted by cerianite when the treatment temperature is lower than 700ºC. When the sample is treated at 1000ºC, the secondary phases of samarium titanate and rutile (Ti'O IND. 2') are observed for the compositions of 0,05'<OU='x<0,20 e Ti'O IND. 2', respectively. The nitrogen adsorption isotherm at 77K showed that the sample with titanium composition of x=0.05 has the highest surface area. For lower concentration, x<0.05, the sintering process is intensified as the sample with x=0.01 showed the highest sinterization. The compositional analysis by energy dispersive X ray (EDX) showed a good agreement with the nominal composition. Porous films were obtained by slurry coating and the morphology was analyzed by scanning electronic microscopy... (Complete abstract click electronic access below)