Síntese e propriedades elétricas da ferrita de lantânio dopada com estrôncio para possível aplicação como cátodo em células a combustível do tipo SOFC

Abstract

Este trabalho teve como objetivo sintetizar ferrita de lantânio dopado com estrôncio (LSF), de fórmula química La1-XSrXFeO3-δ (sendo X = 0, 20, 40, 60, 80 e 100% de Sr2+), para possível aplicação em cátodos de células a combustível de óxido sólido (SOFC). As amostras propostas para estudo foram sintetizadas pelo método dos precursores poliméricos (Pechini). O material particulado obtido após a síntese foi caracterizado por várias técnicas, entre elas: análise térmica diferencial (ATD) e termogravimétrica (ATG), microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM) e difração de raios-X (DRX). Resultados de ATD/TG sugerem a temperatura de tratamento térmico para obtenção do óxido de interesse como 450 °C e a DRX confirma a formação da estrutura do tipo perovskita em todas as amostras sintetizadas com a presença de fases não desejadas, como LaFeO3, Fe2O3 e SrO. Corpos de prova foram compactados (187 MPa), sinterizados (1150 °C/2h) e então caracterizados. Após sinterização verificou-se que o tamanho de grão e a fração de fases cristalinas das amostras foram influenciados com o teor de dopagem. Por outro lado, com espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS), foi possível verificar que a energia de ativação diminui conforme aumenta o teor de dopado, enquanto o valor da condutividade tem um aumento acentuado com posterior diminuição desta grandeza. A amostra mais condutora foi a com 40% de Sr2+, apresentando condutividade de 3,71 × 10-2 S.cm-1 a 95 °C e energia de ativação de 0.29 eV. Finalmente, com a matéria prima que permitiu obter a amostra mais condutora, foi confeccionado o cátodo de célula combustível unitária. Esta célula combustível foi construída usando um eletrólito sólido de óxido de zircônio com suportes porosos tanto para ânodo (NiO) como para cátodo (LSF). Para deposição do material catalítico foi utilizando o método da impregnação. Caracterização física via MEV foi realizada confirmando qualitativamente a aderência do material catalítico na superfície da célula combustível. Os resultados obtidos neste trabalho sugerem que as amostras com 20, 40 e 60% de Sr2+ são adequadas para uso como material catalítico em cátodos de células combustíveis do tipo SOFC, embora seja necessário caracterizar este material no dispositivo eletroquímíco.