Processamento cerâmico e caracterização elétrica de cátodos Ca3-xCuxCo4O9-δ (0 ≤ x ≤ 0,2) obtidas pelo método de precursores poliméricos modificado

The search for alternative energy sources becomes very present in the current world scenario. A solution on the rise are fuel cells, which have the principle chemical energy conversion through fuel oxidation reaction into electrical energy. Among the major components of these cells are the electrodes (cathode and anode), the electrolyte, the interconnectors and sealants. This work aimed to develop cathode materials based on calcium cobaltite doped with copper oxide (CuO). To this end, powders of composition Ca3-xCuxCo4O9-δ (0 ≤ x ≤ 0.2) were obtained using the polymeric precursor method (Pechini method) modified with commercial gelatin. The as-prepared powders were calcined at 900 ° C for 1 h and characterized by X-ray diffractometry (XRD). The lattice parameters were determined by Rietveld refinement of the diffraction data. The powder morphology was analyzed by scanning electron microscopy (SEM). Porous films were deposited on both faces of ceria based electrolytes, via screen printing, and sintered at 950 °C for 2h. The electrochemical characterization of symmetric cell (cathode/electrolyte/cathode) was carried out by impedance spectroscopy between 600 and 800 ° C in air atmosphere. The results of X-ray diffraction indicated the obtainment of solid solutions Ca3-xCo4CuxO9 and up to 2 vol.% Co3O4 as a secondary phase. The values of lattice parameter were close to that reported in the ICSD standard, confirming the doping with Cu ions. The powders are comprised of microplates with an irregular shape measuring up to approximately 2 μm in diameter. The area specific resistance was optimized for the composition Ca2.99Co4Cu0.01O9, achieving 0.84 ohm.cm2 at 800 °C in air.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESA busca por alternativas energéticas se faz bastante presente no cenário atual do planeta. Uma solução em ascensão são as células a combustível, que têm como princípio a conversão de energia química, através da reação de oxidação do combustível, em energia elétrica. Entre os componentes principais destas células estão os eletrodos (cátodo e ânodo), o eletrólito, os interconectores e selantes. Este trabalho teve como objetivo principal desenvolver materiais catódicos à base de cobaltita de cálcio dopada com óxido de cobre (CuO). Para tal, pós de composição Ca3-xCuxCo4O9-δ (0 ≤ x ≤ 0,2) foram obtidos utilizando o método dos precursores poliméricos (método Pechini) modificado pelo uso de gelatina comercial. Os pós como obtidos foram calcinados a 900 °C por 1 h e caracterizados por difratometria de raios X (DRX). Os parâmetros de rede foram determinados por refinamento Rietveld dos dados de difração. A morfologia dos pós foi analisada por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Filmes porosos foram depositados em ambas as faces de eletrólitos à base de céria, via serigrafia, e sinterizados a 950 °C por 2 h. A caracterização eletroquímica de células simétricas (cátodo/eletrólito/cátodo) foi realizada por espectroscopia de impedância entre 600 e 800 °C em atmosfera de ar. Os resultados de difração de raios X indicaram a obtenção de soluções sólidas Ca3-xCo4CuxO9 e até 2 % em volume de Co3O4 como segunda fase. Os valores de parâmetro de rede para a fase Ca3-xCo4CuxO9 foram muito próximos aos reportados no padrão ICSD, confirmando a dopagem com íons Cu. A caracterização morfológica de pós revelou a formação de microplacas com formato irregular e aproximadamente 2 μm de diâmetro. A resistência específica de área foi otimizada para a composição Ca2,99Co4Cu0,01O9, atingindo 0,84 ohm.cm2 a 800 °C em ar