Desenvolvimento de tintas cerâmicas baseadas em nanofolhas para impressão jato de tinta de camadas ultrafinas de componentes de células de óxidos sólidos (SOCs)

Resumo

O hidrogênio e as células a combustível são soluções importantes para garantir as crescentes demandas por energia limpa e eficiente. A importância destes dispositivos tem crescido em um cenário em que o armazenamento eficiente de energia é demandado pelas tecnologias de geração renováveis intermitentes (solar e eólica). De fato, as células a combustível foram recentemente consideradas como tecnologias promissoras para combinar geração e armazenamento para se garantir as redes elétricas em que tecnologias renováveis são adotadas (veja, por favor, Nature 23 Setemb. 2015, pg. 447). Assim, as tecnologias avançadas de células a combustível avançam para múltiplas funcionalidades para gerar energia elétrica, fazer a eletrólise da água para armazenamento de hidrogênio e para a conversão eletroquímica de gás natural em combustíveis líquidos, como o metanol. Neste cenário, as células a combustível/eletrolisadores de óxidos sólidos (SOFC/SOEC) devem ocupar espaço de destaque. Os mais novos desenvolvimentos no campo requerem a adoção de técnicas inovadoras de microfabricação que permitam a manufatura eficiente e de baixo custo destes dispositivos. Entre os métodos estudados, a impressão por jato de tinta tem grande potencial pela simplicidade, baixo custo, flexibilidade para a fabricação camada-a-camada de materiais funcionais. A pesquisa proposta é dedicada ao desenvolvimento de nanotintas cerâmicas para a fabricação de componentes ultra finos para SOFC e SOECs. Estes dispositivos requerem camadas funcionais com microestrutura controlada e espessura de poucos microns. Novos protocolos serão desenvolvidos para preparação e otimização de tintas contendo nanoestruturas como as nanofolhas. Materiais de interesse no campo de conversão de energia e armazenamento serão selecionados e usados nas formulações de nanotintas, como, por exemplo, as cerâmicas à base de céria. O objetivo final é usar a impressão a jato de tinta para produzir camadas funcionais, como eletrólitos e barreiras de difusão, para células de óxido sólido de alto desempenho. Adicionalmente, serão promovidos cursos e treinamento sobre a preparação de tintas e de camadas para estudantes e pesquisadores das intuições que fazem parte desta proposta: Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - Universidade de São Paulo (IPEN-USP), Universidade Federal do ABC (UFABC), e Instituto de Química - Universidade Estadual Paulista (IQUNESP) (Campus de Araraquara). (AU)