SACI_3 - Desenvolvimento de materiais inteligentes com baixo ou nenhum conteúdo de material crítico para células a combustível de temperaturas intermediárias.

Resumo

Neste projeto visa-se estudar novos materiais cerâmicos com conteúdos limitados ou inexistentes de componentes críticos (materiais tóxicos ou raros), tendo como objetivo o desenvolvimento de dispositivos eficientes e de baixo custo para geração de energia e produção de hidrogênio. Assim, propõe-se o desenvolvimento de novos eletrólitos condutores protônicos e novos eletrodos à base de perovskita ABO3 de alta entropia, adequadamente dopados, a serem usados em células eletroquímicas de óxido sólido que trabalham na faixa de temperatura de 500 -700°C. O progresso além do estado da arte é representado pelo desenvolvimento de cerâmicas inovadoras (como zirconatos, molibdatos e zincatos, dopados de diversas formas nos locais A e B), caracterizadas pela alta condutividade iônica e estabilidade na referida faixa de temperatura, além de novos eletrodos à base de perovskita (como ferritas e molibdatos). Métodos químicos inovadores recentemente propostos via-úmida e de estado sólido serão empregados para garantir alta pureza, homogeneidade, pouca afinidade com CO2 e sinterabilidade dos óxidos de perovskita. Eletrodos porosos e eletrólitos estanques a gases serão confeccionados por sinterização convencional e por técnicas de consolidação inovadoras, como sinterização a frio e sinterização ultrarrápida em alta temperatura, estas últimas permitindo uma redução consistente do tempo e/ou temperatura de sinterização e do risco de separação de fases e reação com CO2. Os materiais serão caracterizados em termos de estrutura e porosidade, estabilidade química e mecânica, comportamento elétrico, a fim de identificar a rota de processamento adequada para montar protótipos de células individuais. A avaliação do comportamento eletroquímico destas células será útil para otimizar as condições de operação, minimizar perdas devido ao transporte de portadores de carga, reagentes e produtos. Serão realizados testes de durabilidade de pelo menos 500 horas para as células mais promissoras a fim de determinar parâmetros como taxa de conversão do combustível e eficiência eletroquímica. Os resultados a serem obtidos no projeto deverão contribuir ao avanço das tecnologias atuais, bem como na validação de dispositivos eletroquímicos inovadores que operem em temperatura intermediária. Isto permitirá romper a barreira rígida existente atualmente entre as tecnologias de baixas (dispositivos móveis ou veículos) e altas temperaturas (estacionárias) com a criação de uma nova geração de sistemas integrados e ambientalmente sustentáveis e que operam em temperaturas intermediárias. A proposta SACI_3 está sendo apresentada com o apoio do projeto Fapesp/Shell Proc 2020/15230-5 - BG E&P Brasil (Shell)-CPE "Centro de Pesquisa para Inovação em Gases de Efeito Estufa - RCG2I", coordenado pelo Prof. Julio R. Meneghini, subprojeto "Uso eficiente do etanol para produção de hidrogênio e energia elétrica" coordenado pelo Prof. Hamilton Varela. O objetivo é criar novos conhecimentos a partir da combinação das competências, equipamentos e recursos humanos da instituição sede (IQSC-USP) liderada pelo Prof. Hamilton Varela e a assistência do Dr. Massimiliano Lo Faro, um cientista reconhecido nesta área. A bolsa solicitada para o Dr. Lo Faro à FAPESP deverá abranger um período de 45 dias, da segunda semana de julho até a segunda quinzena de agosto de 2024. (AU)