Efeito do método de síntese na microestrutura e propriedades elétricas de céria-cálcia

The growing search for clean energy technologies has led to the discovery of new sources of sustainable energy. This research aimed to study the effect of the route of synthesis on the microstructure and the electrical properties of an electrolyte material for the electrochemical conversion of energy to solid oxide fuel cells. A sol-gel protein method and the solid state reaction route preceded by high-energy grinding of a stoichiometric mixture of CeO2 + calcium carbonate (from shellfish powder) were used to synthesize citric-calcium electrolytes from composition (Ce0.9Ca0.1O1.95). The results of X-ray diffractometry confirm the obtainment of solid solution, free of secondary phases, in powders and sintered samples. Doping with 10 mol% of calcium gave relative densities above 95% at sintering temperatures from 1300 °C. The microstructural characterization by STEM allowed to investigate the average grain size and the residual porosity. Samples obtained by the sol-gel method show higher grain boundary conductivity due to lower dopant segregation. The electrical properties were analyzed by impedance spectroscopy in air atmosphere. The total conductivity reaches 8x10-3 S.cm-1 (sol-gel protein method) and 1,3x10-3 S.cm-1 (solid state reaction) at 600 °C for samples sintered at 1450 °C. These values are close to those reported in the literature for ceramics of the same composition obtained by other synthesis routes.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESA crescente busca por tecnologias que utilizam energia limpa tem provocado a descoberta de novas fontes de energia sustentável. Esse trabalho de pesquisa teve como objetivo principal estudar o efeito da rota de síntese na microestrutura e as propriedades elétricas de um material de eletrólito para a conversão eletroquímica de energia em células a combustível de óxido sólido. Um método sol-gel protéico e a rota de reação de estado sólido precedida de moagem de alta energia de uma mistura estequiométrica de CeO2 + carbonato de cálcio (oriundo de pó de conchas de mariscos), foram utilizadas para sintetizar eletrólitos de céria-cálcia de composição (Ce0,9Ca0,1O1,95). Os resultados de difratometria de raios X atestam a obtenção de solução sólida, livre de fases secundárias, em pós e amostras sinterizadas. A dopagem com 10% em mol de cálcia proporcionou densidades relativas acima de 95% em temperaturas de sinterização a partir de 1300°C. A caracterização microestrutural por STEM permitiu investigar o tamanho médio dos grãos e a porosidade residual. Amostras obtidas pelo método sol-gel apresentaram maior condutividade de contorno de grão devido à menor segregação do dopante. As propriedades elétricas foram analisadas por espectroscopia de impedância em atmosfera de ar. A condutividade total atinge 8x10-3 S.cm-1 (método sol-gel protéico) e 1,3x10-3 S.cm-1 (reação de estado sólido) a 600°C para amostras sinterizadas a 1450°C. Estes valores são próximos aos reportados na literatura para cerâmicas de mesma composição obtidas por outras rotas de síntese