Deposição do eletrólito 8YSZ via spin coating de sol-gel e de suspensão de nanopartículas cerâmicas para aplicação em células a combustível de óxido sólido suportadas por metal

• Processo: 24/01745-4
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de junho de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de agosto de 2025
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Gustavo Doubek
• Beneficiário: Thiago Setti Aguila Martins
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia Química (FEQ). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Bolsa(s) vinculada(s): 24/16656-7 - Estudo de Barreiras Contra Difusão por Laser Pulsado e Caracterização Eletroquímica para Células a Combustível de Óxido Sólido, BE.EP.IC
• Assunto(s): Células a combustível de óxidos sólidos Processo sol-gel
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: eletrólito | slurry | Sofc | sol-gel | Spin coating | 8Ysz | Nanomaterias/Nanotecnologia

Resumo

Este projeto pretende abordar um dos principais desafios tecnológicos que impedem a implementação industrial de células a combustível de óxido sólido (SOFCs) no setor automotivo, isto é, o custo das células superior a 1066 R$/kW. Este problema pode ser resolvido através da fabricação de células de grande área utilizando técnicas de deposição de eletrólito, com um ótimo custo-benefício, tais como spin coating de sol gel ou suspensões de nanopartículas cerâmicas. O eletrólito cerâmico 8YSZ é um componente muito importante das SOFCs, porque determina a temperatura de funcionamento do dispositivo, além de separar as regiões do anodo, onde ocorre a oxidação do combustível, do catodo, onde ocorre a redução do oxigênio molecular em ânions de oxigênio. Neste projeto, serão investigadas duas abordagens de síntese para o eletrólito 8YSZ, abrangendo métodos como sol-gel e slurry de nanopartículas cerâmicas. O objetivo principal consiste em ampliar a área de deposição para até 216 cm2 por meio da técnica de spin coating. O eletrólito 8YSZ, seja na forma de sol-gel ou suspensão de nanopartículas cerâmicas, será aplicado sobre suportes de anodos cerâmicos de NiO-10GDC e NiO-8YSZ, utilizando o mesmo método de spin coating. O projeto também contempla, como objetivos específicos, a correlação dos parâmetros de deposição dos filmes tais como velocidade e tempo de rotação do substrato e ciclos de deposição, com a homogeneidade da espessura dos filmes (entre 5-20 mícrons), estequiometria, estrutura, microestrutura e rugosidade. Para caracterizar o filme depositado, serão utilizadas as seguintes técnicas: microscopia eletrônica de varredura (SEM: Scanning Electron Microscopy) para avaliar a microestrutura e a espessura dos filmes de eletrólito, EDS (Semi-quantitative Energy Dispersive Spectroscopy) para analisar a estequiometria do filme, difração de raios-X (XRD: X rays Difracion) para avaliar as fases, a orientação cristalográfica, a cristalinidade e o tamanho dos cristalitos, enquanto a microscopia de força atômica (AFM: Atomic Force Microscopy) medirá a rugosidade e a topografia. Estas técnicas de caracterização objetivam uma avaliação completa das propriedades dos filmes de 8YSZ depositados. Logo, após avaliações morfológicas, deseja-se realizar testes eletroquímicos das SOFCs, através da espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) e obtenção de curvas de polarização.