Development of functional layers for direct ethanol solid oxide fuel cells (2022)
- Authors:
- Autor USP: LIVINALLI, MARINA MACHADO - IPEN
- Unidade: IPEN
- DOI: 10.11606/T.85.2022.tde-18082022-154257
- Subjects: CÉLULAS A COMBUSTÍVEL; ELECTROLESS; LASER; VAPORIZAÇÃO DO CALOR; SINTERIZAÇÃO; NANOTECNOLOGIA; MATERIAIS COMPÓSITOS; OXIDAÇÃO; FERRO; GADOLÍNIO
- Language: Inglês
- Abstract: Esta tese explora a síntese e aplicação do óxido de cério como material em células a combustível de óxido sólido (SOFC) com propriedades adequadas para diminuir a temperatura de processamento e melhorar a eficácia das reações catalíticas e eletroquímicas. Três abordagens foram investigadas: i) uma rota de precipitação para a síntese de céria dopada com gadolínio (CGO) com um auxiliar de sinterização, ii) controle morfológico de nanocéria por uma rota hidrotermal e aplicação dos materiais como eletrólito e como camada catalítica para operação de uma SOFC com etanol, iii) aplicação de uma camada de barreira de céria dopada e uma camada nanoestruturada por método de deposição física. A rota de precipitação se mostrou eficiente para a síntese de céria nanométrica e a adição de Fe2O3 potencializou o mecanismo de sinterização. Inferiu-se que o Fe segrega nas interfaces do contorno de grão do CGO, diminuindo a energia de contorno de grão e favorecendo a eliminação da interface sólido-gás. No entanto, os precipitados ricos em Fe favoreceram a contribuição eletrônica do CGO, assim, seu uso como auxiliar de sinterização em eletrólitos à base de céria deve ser controlado para evitar alterações no transporte de carga do eletrólito. A rota hidrotermal foi investigada como uma nova abordagem para controlar o mecanismo de densificação do material. Através desta rota simples, nanobastões e nanocubos de CGO foram sintetizados por controle de temperatura. Os nanobastões de CGO exibiram altaenergia de superfície, promovendo difusão de massa em temperaturas mais baixas, levando a uma rápida densificação e, portanto, foram aplicados com sucesso como material eletrolítico em uma SOFC totalmente sinterizada a 1150 ºC. Por outro lado, os nanocubos de CGO exibiram uma atividade de sinterização muito baixa, atribuída à maior estabilidade superficial dos nanocubos. Os nanobastões e os nanocubos de CGO sintetizados foram avaliados como suportes para catalisadores à base de Ni na reação de reforma a vapor do etanol em temperatura intermediária. O catalisador de Ni suportado nos nanobastões de CGO apresentou a maior atividade após um tratamento térmico similar ao do processamento de uma SOFC, portanto, foi empregado como camada catalítica em uma SOFC operando diretamente com etanol. Foi demonstrado que a célula a combustível permaneceu estável em condições de operação com fluxo contínuo de etanol anidro. Camadas funcionais de céria dopadas nanoestruturadas depositadas por laser pulsado (PLD) foram aplicadas como camada de barreira e como camada funcional de cátodo. A deposição de tais camadas funcionais melhorou o desempenho da célula, tendo um papel importante tanto no aumento da durabilidade, quanto no aumento dos sítios de reação de redução de oxigênio. Em resumo, esta tese contribui para o desenvolvimento de nanomateriais com propriedades adequadas para aplicação em camadas funcionais de uma SOFC de alto desempenho
- Imprenta:
- Data da defesa: 09.06.2022
- Status:
- Artigo publicado em periódico de acesso aberto (Gold Open Access)
- Versão do Documento:
- Versão publicada (Published version)
- Acessar versão aberta:
-
ABNT
LIVINALLI, Marina Machado. Development of functional layers for direct ethanol solid oxide fuel cells. 2022. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2022. Disponível em: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-18082022-154257/. Acesso em: 25 mar. 2026. -
APA
Livinalli, M. M. (2022). Development of functional layers for direct ethanol solid oxide fuel cells (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-18082022-154257/ -
NLM
Livinalli MM. Development of functional layers for direct ethanol solid oxide fuel cells [Internet]. 2022 ;[citado 2026 mar. 25 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-18082022-154257/ -
Vancouver
Livinalli MM. Development of functional layers for direct ethanol solid oxide fuel cells [Internet]. 2022 ;[citado 2026 mar. 25 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-18082022-154257/
Informações sobre a disponibilidade de versões do artigo em acesso aberto coletadas automaticamente via oaDOI API (Unpaywall).
Por se tratar de integração com serviço externo, podem existir diferentes versões do trabalho (como preprints ou postprints), que podem diferir da versão publicada.
How to cite
A citação é gerada automaticamente e pode não estar totalmente de acordo com as normas
