Otimização de anodos para célula a combustível de óxido sólido fabricados por colagem de fitas

Autor: Rubens Moreira de Almeida
Přispěvatelé: Rosana Zacarias Domingues, Tulio Matencio, Claudio Homero Ferreira Silva, Ione Maria Ferreira de Oliveira
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2014
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFMG
Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
instacron:UFMG
Popis: Pilhas a combustível de óxido sólido (PaCOS) são dispositivos que convertem energia química diretamente em energia elétrica. O cermet de NiO/YSZ é o material mais utilizado como anodo em PaCOS, sendo a colagem de fitas a principal técnica de produção de anodo suporte poroso. No entanto, uma das barreiras para o desenvolvimento das PaCOS está na fabricação de células unitárias de anodoplanas, com extensa área e microestrutura adequada. Este trabalho teve como objetivo otimizar o anodo suporte de NiO/YSZ, a fim de obter células de anodo planas, sem trincas, com extensa área e microestrutura adequada. A partir dos pós de NiO e YSZ sintetizados foram preparadas suspensões de anodo, as quais tiverama adição de n-octanol e o número de desaerações investigados. Os anodos obtidos por colagem de fitas foram calcinados, sinterizados e caracterizados por MEV. Células de 20 e 80 mm de diâmetro composta por anodo, eletrólito e catodo tiveram suas propriedades elétricas comparadas com uma célula comercial da HC Stack pormeio da espectroscopia de impedância e voltametria linear. A adição de n-octanol na suspensão, seguida da desaeração, resultou em fitas de anodo sem trincas e bolhas. A sinterização sob pressão de 345 Pa proporcionou anodos planos com 85 mm de diâmetro. As imagens por MEV comprovaram a presença de poros no anodo e mostraram uma boa morfologia dos grãos. As análises por espectroscopia deimpedância e voltametria linear, a 800 ºC, das células de 20 e 80 mm apresentaram uma resistência em área específica de 1,0 e 0,95 /cm2 e densidade máxima de potência de 582 mW/cm2 e 200 mW/cm2 respectivamente. A resistência em área específica da célula HC Starck foi de 0,3 /cm2 e densidade máxima de potência de500 mW/cm2. Os resultados indicam que outras partes da célula também precisam ser otimizadas, no entanto, o método de produção de anodo com extensa área se mostrou eficiente. No geral, esses resultados podem ser considerados excelentes para estudos iniciais em células a combustível de alta potência. Solid oxide fuel cells (SOFC) are devices that convert chemical energy directly into electrical energy. The cermet of NiO/YSZ is the most common material used as anode in SOFCs. Tape casting is the main technique for the production of porous anode-support; however, one of the barriers to the development of SOFC is in the manufacture of flat, large-area anode-supported unit cell with suitable microstructure. This study aimed to optimize the anode support of NiO/YSZ in order to obtain flat,large-are anode-supported unit cell without cracks and suitable microstructure. From the synthesized powders of NiO and YSZ, slurry anode were prepared, which had the addition of n-octanol and the number of deaeration investigated. The anodes obtained by tape casting were burn-out, sintered and characterized by SEM. Cells of20 to 80 mm in diameter composed of anode, cathode and electrolyte had their electrical properties compared with a commercial cell from HC stack by impedance spectroscopy and linear voltammetry. The addition of n-octanol to the suspension, followed by deaeration resulted in an anode tape free of cracks and pinholes. The sintering pressure of 345 Pa provides flat anodes with 85 mm diameter. The SEM images confirmed the presence of pores in the anode and showed good grainmorphology. The analysis of linear voltammetry and impedance spectroscopy at 800 °C to cells of 20 and 80 mm indicated a specific area resistance of 1.0 and 0.95 /cm2 and power density of 582 mW/cm2 and 200 mW/cm2, respectively. The specific area resistance of HC Stack cell was 0.3 /cm2 and power density of 500 mW/cm2. These results show that other parts of the cell must also be optimized; however, the method of producing wide area anode is efficient. Overall, these results can be considered excellent for initial studies on fuel cells of high power.
Databáze: OpenAIRE
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