Reação de redução de oxigênio sobre perovskitas La1-xSrxFeyCo1-yO3-δ, para células a combustível de óxido sólido (SOFC)

Abstract

O objetivo deste trabalho foi preparar, pelo método dos precursores poliméricos, condutores mistos (eletrônicos e iônicos) do tipo perovskita, 'La IND. 1-x''Sr IND. x''Fe IND. y''Co IND. 1-y''O IND. 3-δ', para serem utilizados como catodos em SOFC. Estes materiais foram desenvolvidos para diminuir a polarização do eletrodo de redução de oxigênio em temperaturas mais baixas e possibilitar a operação das SOFCs em temperaturas moderadas. Inicialmente, estabeleceram-se as composições de Sr e Fe (x e y) utilizando o planejamento fatorial de forma que pudesse estudar a influência combinatória das concentrações de La/Sr e Fe/Co na estrutura da perovskita e no desempenho eletródico para RPO. Os materiais foram sintetizados na forma de pó pelo método dos precursores poliméricos, seguido de tratamento térmico a '400 GRAUS'C, '700 GRAUS'C e '1050 GRAUS'C. Tais temperaturas foram estabelecidas baseadas nos resultados de análises térmicas (TG/DTA) do gel precursor. A caracterização física dos materiais obtidos foi feita mediante difratometria de raios X (DRX) com refinamento estrutural (Método de Rietveld), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise composicional por energia dispersiva de raios X (EDX). Posteriormente, os cátodos foram preparados sobre o eletrólifo de zircônia estabilizada por ítria (YSZ) a partir do pó a '400 GRAUS'C e o desempenho eletroquímico para a reação de redução de oxigênio (RRO) foi avaliado mediante levantamento das curvas de polarização e espectroscopia de impedância. Os resultados das análises térmicas mostraram que a eliminação total da matéria orgânica dos precursores ocorre somente acima de '920 GRAUS'C. Os resultados da difratometria mostraram que a quantidade da fase perovskita depende do conteúdo de cobalto, sendo que a quantidade das fases secundárias...

This work aims to prepare the perovskite type 'La IND. 1-x''Sr IND. x''Fe IND. y''Co IND. 1-y''O IND. 3-δ' a mixed eletronic ionic conductor, by polymeric precursor method to be used as cathodes in SOFC. This material was developed to answer the electrode polarization for oxygen reduction (ORR) and the operating temperature of SOFC. Initially, the compositions of Sr (x) and Fe (y) were established by using the Factorial Planning (chemiometry) in order to study the combinatorial influence of La/Sr and Fe/Co concentration in the perovskite structure and ultimately in the performance as electrodes for ORR. The materials were synthesized by polymeric precursor method as powder, followed by heat treatment at '400 GRAUS'C, '700 GRAUS'C and '1050 GRAUS'C. These temperatures were established after the thermal analysis (TG/DTA) of precursor gels. The physical characterization was carried out by X-ray diffraction (XRD) using the Rietveld method for structure refinement, scanning electron microscopy (SEM) and semi-quantitative compositional analysis by energy dispersive X-ray (EDX). The cathodes were prepared on the electrolyte of yttria stabilized zirconia (YSZ) using the powder calcined at '400 GRAUS'C as the starting material. The electrochemical performance for ORR was assessed by stationary polarization and impedance spectroscopy. The thermal analysis showed that the total elimination of organic matter occurs just around '920 GRAUS'C. The X-ray diffraction pattern showed that the amount of secondary phases (Sr'Co IND. 3', 'Co IND. 3''O IND. 4' and Sr'Fe IND. 12''O IND. 19') increase as the content of cobalt increases. The crystallite size decreases with increasing Sr and Fe concentration, however, this trend reverses when the Sr achieves x = 0.6 as the size increases with increasing amount of Fe. At the composition of 'La IND. 0.6''Sr. IND. 0.4''Fe IND. 0.4''Co IND. 3-δ, ... (Complete abstract click electronic access below)