Sample records for fuel cells
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1

Células a combustível de baixa potência para aplicações estacionárias/ Low power fuel cells for stationary applications

Wendt, Hartmut; Linardi, Marcelo; Aricó, Eliana M.
2002-05-01

Resumo em inglês A paradigmatic shift in developing fuel cell for stationary applications has been occurring in the last ten years. Previously, 100 kW class to a few MW class power plants were preferred but recently, the development has drifted towards units of only a few kW. The motivation is the present market situation, which favors disperse residential electric power generation from natural or liquefied gas. Membrane-type fuel cells are very promising for this application, due to thei (mais) r present state of development in the automobile industry. More recently, small ceramic fuel cells (SOFC) has also been found to be adequate for this application. Considering a family of 4 members, 1 kW (electric) units seem to be optimal for individual residences. This presentation discusses briefly the Brazilian scenario with respect to these units.

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2

Caracterização de eletrodos de difusão de gás de células a combustível do tipo membrana trocadora de prótons/ Characterization of the gas diffusion electrodes of proton exchange membrane fuel cells

Pires, M.; Azevedo, C.M.N.; Ramos, C.Z.; Canalli, V.M.
2009-01-01

Resumo em português Em células a combustível1 de eletrólito polimérico sólido o principal componente é o conjunto membrana/eletrodos - MEA (membrane-eletrocde assembly). Os eletrodos de difusão de gás - GDL (gas diffusion layer) são um dos principais constituintes do MEA, sendo um material compósito constituído de camadas difusora e catalítica, formadas por pó de carbono, platina e polímeros - PTFE (politetrafluoretileno) e Nafion - depositados sobre um substrato (papel ou teci (mais) do de carbono). Essas camadas apresentam superfícies rugosas e porosas, de caracterização complexa. O objetivo deste trabalho é caracterizar a GDL. A molhabilidade da superfície foi determinada por medidas de ângulo de contato externo pelo método da gota de água. Os ângulos de avanço e recuo foram medidos e usados para estimar a histerese e o ângulo de equilíbrio. A morfologia e a composição foram estudadas usando Microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de energia dispersiva, enquanto que a porosidade foi medida embebendo os substratos com n-heptano e água para quantificar os poros hidrofílicos/hidrofóbicos. O estudo morfológico indicou que a incorporação do PTFE no pó de carbono é uma etapa crítica na fabricação das camadas difusoras. Uma maior quantidade de PTFE resulta no decréscimo da porosidade total e um aumento do percentual de poros hidrofóbicos para ambos os substratos. Os resultados obtidos na determinação dos ângulos de contato apresentaram boa precisão, em especial para os compósitos depositados sobre o tecido de carbono. Os ângulos de contato obtidos para as camadas catalíticas foram inferiores aos das camadas difusoras, provavelmente devido à presença do Nafion, que apresenta caráter hidrofílico minimizado a hidrofobicidade do compósito. Esses resultados confirmaram a complexidade do GDL e a importância de sua caracterização detalhada para a otimização da fabricação do MEA. Resumo em inglês In polymer electrode fuel cells the main component is the membrane/electrodes assembly (MEA). Gas diffusion electrodes (GDL) are the principal components of the MEA, being a composite material constituted of diffusion and catalyst layers, formed by carbon powder, platinum, PTFE and Nafion polymers deposed over a subtract (carbon paper or cloth). These layers present roughness and porous surfaces of complex characterization. The aim of this work is to characterize GDL. The (mais) surface wettability was assessed by drop water external contact angle measurements. The advancing and receding angles were measured and used to estimate the hysteresis and the equilibrium angle. Morphology and composition were studied using scanning electronic microscopy and energy dispersive spectroscopy while porosity was measured by imbibing n-heptane and water into substrates to quantify hydrophilic/hydrofobic pores. Morphologic study indicated that PTFE incorporation into carbon power is a critical step on diffusion layers fabrication. A greater amount of PTFE results in decrease the total porosity and increases the percent of hydrophobic porous for both substrates. The results obtained in angles contact determination present good precision, especially for the composite deposited over carbon cloth. The values obtained for contact angels of the catalyst layers were lower than ones measured over diffusion layer, probably due to the presence of Nafion, which presents a hydrophilic character minimizing the composite hydrophobicity. These results confirmed the complexity of GDL and confirmed the importance of a detailed characterization for MEA assembly optimization.

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3

Desenvolvimento de protótipo de células a combustível do tipo óxido sólido com reforma direta/ Prototype development of solid oxide fuel cells with direct reformation

Silva, Marcos Aurélio da; Boaventura, Jaime S.; Alencar, Marcelo G. de; Cerqueira, Cláudio P.
2007-01-01

Resumo em português Catalisador a base de níquel e cobalto e suportado em zircônia estabilizada por ítria (YSZ) foi desenvolvido, caracterizado e utilizado para a produção de hidrogênio a partir de etanol. O teor de metal do catalisador foi em torno de 35% em massa, apresentando boa atividade a partir de 400ºC. Esse catalisador foi testado na reforma a vapor do etanol na presença de baixo teor de água, condição semelhante à operação da PaCOS. O catalisador produzido foi utiliza (mais) do como anodo de células a combustível do tipo PaCOS, com protótipo desenvolvido nesse trabalho; as estruturas anodo/eletrólito/catodo (A/E/C) foram caracterizadas por MEV. A PaCOS foi operada com hidrogênio, metano e etanol, mostrando bom desempenho com este último combustível. A mistura de etanol e metano também foi testada, apresentando resultados promissores para a produção de energia elétrica. Resumo em inglês Catalyst based on nickel and cobalt, supported on zirconia stabilized with ytria (YSZ) was developed, characterized and used for the hydrogen production from ethanol. The catalyst had metal contents of c.a. 35% in weight and presented high activity above 400ºC. This catalyst was tested in ethanol steam reform at very low water concentration, condition similar to that of SOFC operation. The developed catalyst was also used as anode of a unitary solid oxide fuel cell (SOFC (mais) ); the SOFC unitary cell was developed and manufactured in this work. The anode/electrolyte/cathode structure was characterized by SEM. The SOFC was operated with hydrogen, methane or ethanol and showed good performance with the latter fuel. The ethanol and methane mixture was also tested and presented very promising results for the production of electrical energy.

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4

Tecnologia de células a combustível/ Fuel cell technology

Wendt, Hartmut; Götz, Michael; Linardi, Marcelo
2000-08-01

Resumo em inglês The fuel cell principle was discovered by Sir Grove 150 years ago. However material problems prohibited its commercialization for a long time. A change has been occurring during the last 30 years, so two types of fuel cell technologies can be distinguished: low and high temperature operation cells. Nowadays, only phosphoric acid cells are commercially offered as 200 kWel power plants. Membrane cells are more suitable for automobile electrotraction with a very low (or no) (mais) environmental impact. The fuel continues, however, to play a very particular role, since hydrogen is not easy to store and to transport. The more promising target is the utilization of liquid methanol. The Brazilian scenario concerning this kind of technology is discussed.

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5

Métodos de preparação de nanopartículas metálicas suportadas em carbono de alta área superficial, como eletrocatalisadores em células a combustível com membrana trocadora de prótons/ Methods of preparation of metal nanoparticles supported on high surface area carbon as electrocatalysts in proton exchange membrane fuel cells

Spinacé, Estevam V.; Oliveira Neto, Almir; Franco, Egberto G.; Linardi, Marcelo; Gonzalez, Ernesto R.
2004-08-01

Resumo em inglês Fuel cells are attracting much interest as efficient and clean energy conversion devices. The main components of low temperature fuel cells are the electrocatalysts used to promote the anodic and cathodic reactions, which are based on platinum and platinum alloys. These electrocatalysts are normally prepared in the form of metal nanoparticles supported on a conductive material, usually high surface area carbon, to improve catalyst utilization and reduce cost. This work pr (mais) esents and comments some methods used presently to produce these electrocatalysts. The performances of the produced electrocatalysts are compared to that of state-of-the-art commercial E-TEK electrocatalysts.

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6

Síntese e caracterização de La1-X SrX MnO3±δ e La1-X SrX Co1-Y FeY O3-δ utilizados como catodo em células a combustível de óxido sólido/ Synthesis and characterization of La1-X SrX MnO3± δ and La1-X SrX Co1-Y FeY O3- δ used as cathode in solid oxide fuel cells

Vargas, R. A.; Chiba, R.; Andreoli, M.; Seo, E. S. M.
2008-09-01

Resumo em português Na síntese de materiais, muitos desafios estão relacionados com propriedades requeridas, levando pesquisadores a buscarem materiais alternativos que possuam características adequadas para funcionarem como componentes nas células a combustível de óxido sólido. Atualmente, os materiais mais estudados como catodos são os óxidos mistos La1-X SrX MnO3±δ e La1-X SrX Co1-Y FeY O3-δ. Neste trabalho utilizaram-se como precursores os nitratos dos respectivos ele (mais) mentos químicos. O objetivo é apresentar algumas características físicas, químicas e microestruturais desses materiais, obtidos pela técnica dos citratos. As principais análises utilizadas para caracterização foram: análise termogravimétrica, calorimetria diferencial de varredura, picnometria por gás hélio, fluorescência de raios X, cromatografia de absorção gasosa, distribuição granulométrica por espalhamento laser, adsorção gasosa, difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados mostram que as composições estudadas contem partículas homogêneas com presença de carbono residual, áreas de superfícies específicas adequadas e tamanho médio de partículas inferiores a 1 mm. As propriedades estudadas estão compatíveis com dados da literatura. Conclui-se que os compostos sintetizados possibilitam o estudo e preparação de suspensões cerâmicas para fabricação de filmes finos. Resumo em inglês In the synthesis of ceramic materials, new challenges are related with the intrinsic properties. Consequently, researchers look for alternative materials with adjusted characteristics for components in solid oxide fuel cells. Currently, the most studied materials as cathode are oxides: La1-X SrX MnO3±δ and La1-X SrX Co1-Y FeY O3-δ. In this work, the nitrates of the respective chemical elements were used as raw materials. The objective of this work is to present (mais) the physical, chemical and microstructural characteristics of these materials, prepared by the citrate technique. The main analyses utilized were: thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry, gas helium picnometry, X-ray fluorescence spectroscopy, gas adsorption, laser scattering granulometry, X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The results show that the studied compositions present homogeneous particles with little residual carbon, suitable specific surface area and particle size less than 1 mm. The studied properties are compatible with literature information. The main results show that the composition synthesized by the citrate technique may be useful for preparing ceramic suspensions for thin films.

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7

Catodo para célula a combustível de óxido sólido: síntese e caracterização de manganito de lantânio dopado com estrôncio/ Cathode for solid oxide fuel cell: synthesis and characterization of strontium-doped lanthanum manganite

Chiba, R.; Vargas, R.A.; Andreoli, M.; Seo, E.S.M.
2007-01-01

Resumo em português As células a combustível (CaC) destacam-se como geradoras de energia distribuída, nas quais são dispositivos eletroquímicos de baixo impacto ambiental, que são basicamente alimentadas pelo combustível hidrogênio e pelo oxidante oxigênio, tendo como principais produtos, a eletricidade e a água. Estes dispositivos vêm sendo considerados como uma opção real para a geração de energia elétrica distribuída de maioria dos países, devido à possibilidade de cons (mais) trução modular, baixo nível de ruídos, produção simultânea de energia elétrica e térmica, baixa restrição quanto à localização e elevada eficiência de conversão, dependendo do tipo de CaC. As aplicações da CaC em demonstrações significativas têm atestado a viabilidade em unidades estacionárias, móveis e portáteis. Neste contexto, o manganito de lantânio dopado com estrôncio (La1-xSr xMnO3), é um material cerâmico de grande importância, devido principalmente ao seu uso como catodo em células a combustível de óxido sólido (Solid Oxide Fuel Cells - SOFCs). Nos últimos anos, o grande interesse dos pesquisadores em relação a este material se deve principalmente às suas características tais como: boa estabilidade química e térmica, alta atividade catalítica na redução do oxigênio, coeficiente de expansão térmica razoavelmente similar ao eletrólito sólido (zircônia estabilizada com ítria) e alta condutividade elétrica. No presente trabalho apresenta-se uma contribuição ao estudo das composições químicas e estruturais de La1-xSr xMnO3 com concentrações de estrôncio (15 e 50 % em mol) pela técnica dos citratos. As resinas foram caracterizadas por análise termogravimétrica (ATG) e análise térmica diferencial (ATD); e os pós sintetizados foram caracterizados por absorção gasosa (LECO), espectrometria de fluorescência de raios X (FRX), granulometria por espalhamento de feixe de laser (CILAS), adsorção gasosa (BET), picnometria por gás hélio, difratometria de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). As características dos pós de La1-X SrX MnO3 foram avaliadas visando a utilização na preparação de suspensões catódicas de filmes finos das SOFCs. Resumo em inglês The fuel cells (FC) are distinguished as generating of distributed energy and are electrochemical devices of low environmental impact. These devices are fed by hydrogen and oxygen, having as main products, the electricity and the water. Fuel Cells are considered as a real option for the generation of electric energy distributed of many countries, due to possibility of modular construction, low noises level, potential for cogeneration, minimal siting and substantially high (mais) er conversion efficiency. Its applications have been detached in stationary and mobile segments, and portable units. In this context, the strontium-doped lanthanum manganite (La1-X SrX MnO3) is a ceramic material used as cathode in solid oxide fuel cells (SOFCs). Currently, the great interest of the researchers to this material has been the study of its characteristics, such as: good chemical and thermal stability, high catalytic activity in the oxygen reduction reaction, thermal expansion coefficient similar to the electrolyte (yttria stabilized zirconia) and high electrical conductivity. In this work is presented a contribution to the study of the chemical compositions and structural of La1-X SrX MnO3 with strontium concentrations (15 and 50 mol %) by the citrate technique. The resins have been characterized by Thermal Gravimetric Analysis (TGA) and Thermal Differential Analysis (TDA); and the powders have been characterized by Gas Absorption (LECO), X-Ray Fluorescence Spectroscopy (XRF), Granulometry by Laser Scattering (CILAS), Gas Adsorption (BET), Picnometry by Gas Helium, X-Ray Diffractometry (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM). The characteristics of La1-X SrX MnO3 powders have been evaluated aiming at the use in the preparation of cathodic suspensions of thin films of the SOFCs.

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Efeito dos dióxidos de enxofre e de nitrogênio no desempenho de uma célula a combustível de membrana de intercâmbio de prótons/ Effect of sulfur and nitrogen dioxides on the performance of a proton exchange membrane fuel cell

Lopes, Thiago; Gonzalez, Ernesto R.
2008-01-01

Resumo em inglês There is presently much interest in the clean and efficient generation of energy by proton exchange membrane fuel cells (PEMFC), using hydrogen as fuel. The generation of hydrogen by the reforming of other fuels, anaerobic fermentation of residual waters and other methods, often produce contaminants that affect the performance of the cell. In this work, the effect of gaseous SO2 and NO2 on the performance of a H2/O2 single PEMFC is studied. The results show that SO2 decre (mais) ases irreversibly the performance of the cell under operating conditions, while NO2 has a milder effect that allows the recovery of the system.

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Direcionamentos da tecnologia industrial de células a combustível de óxidos sólidos/ Directions of the industrial development of the solid oxide fuel cells technology

Florio, Daniel Z. de; Varela, José A.; Fonseca, Fabio C.; Muccillo, Eliana N. S.; Muccillo, Reginaldo
2007-10-01

Resumo em inglês This manuscript shows an overview of the solid oxide fuel cell (SOFC) technology based on industrial developments. The information presented has been collected mostly at conferences that the authors attended. It is observed that several companies have been pursuing the development of the SOFC technology. Significant advances in stability and power density have raised the economic interest in this technology recently. It is revealed that the SOFC materials are essentially (mais) the same ones that have been used in the past decades, and that the two most important designs of pre-commercial SOFC prototypes are the tubular and planar ones.

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Desenvolvimento de conjunto membrana-eletrodos para célula a combustível de metanol direto passiva/ Development of membrane electrode assembly for passive direct methanol fuel cell

Ferreira, Eli Carlos Lisboa; Quadros, Fabrício Monteiro; Souza, José Pio Iúdice de; Tanaka, Auro Atsushi
2010-01-01

Resumo em inglês Direct methanol fuel cells (DMFCs) without external pumps or other ancillary devices for fuel and oxidant supply are known as passive DMFCs and are potential candidates to replace lithium-ion batteries in powering portable electronic devices. This paper presents the results obtained from a membrane electrode assembly (MEA) specifically designed for passive DMFCs. Appropriated electrocatalysts were prepared and the effect of their loadings was investigated. Two types of ga (mais) s diffusion layers (GDL) were also tested. The influence of the methanol concentration was analyzed in each case. The best MEA performance presented a maximum power density of 11.94 mW cm-2.

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Propriedades físico-químicas relacionadas ao desenvolvimento de membranas de Nafion® para aplicações em células a combustível do tipo PEMFC/ Physicochemical properties related to the development of Nafion® membranes for application in fuel cells

Perles, Carlos E.
2008-01-01

Resumo em português Embora não seja tecnologia recente, as células a combustível ou Fuel Cells (FC) continuam recebendo grande atenção, pois são consideradas como "fontes de energia do futuro" devido a características como alto rendimento energético e baixa emissão de poluentes, permitindo a extensão o tempo de vida das reservas fósseis e contribuindo para a melhoria da qualidade de vida. Atualmente, as pesquisas estão direcionadas, principalmente, ao desenvolvimento de FC para a (mais) plicações em sistemas móveis e portáteis. De todas as tecnologias existentes, a mais promissora para essa finalidade é a célula a combustível de eletrólito polimérico, conhecida como PEMFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell) cuja pesquisa encontra-se focada, principalmente, no desenvolvimento de membranas poliméricas, com o objetivo de reduzir os custos de produção. Este trabalho será focado nos aspectos físico-químicos do desenvolvimento de membranas poliméricas. Serão discutidos aspectos estruturais do Nafion® relacionado-os as seguintes propriedades físico-químicas: fluxo eletrosmótico, permeabilidade gasosa, transporte de água através da membrana, estabilidade química e térmica. Toda a discussão será realizada para polímeros perfluorados, utilizando o Nafion® como modelo representante dessa classe de polímeros. Resumo em inglês Fuel Cells (FC) continue to receive growing attention, in spite of not being a new technology, for they are considered as the "energy source of the future" owing to characteristics such as high energetic yield and low emission of pollutants. FC technology may lead to a reduction in the negative impact from energy sources on the enviroment, thus improving the quality of life and extending the lifetime of fossil combustible reserves. The mainstream of research in FC is now (mais) directed at mobile, portable systems, for which the most promising technology is the Polymer Electrolyte Fuel Cells, also known as PEMFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell). Research in this topic focuses on the development of polymer membranes whose target is to reduce its production costs. In this work we shall focus on physicochemical aspects related to development of polymeric membranes. A discussion on structural aspects of Nafion® will be carried, which will be related to the following physicochemical properties: electrosmotic flux, gaseous permeability, water transport through polimeric membrane, chemical and thermal stabilities. All the discussion was made using Nafion® as model of perfluorated polymers.

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Materiais usados na constituição dos principais componentes de células a combustível de óxido sólido/ Materials used in the manufacture of the main components of solid oxide fuel cells

Nascimento, A. C.; Mohallem, N. D. S.
2009-03-01

Resumo em português As células a combustível de óxido sólido (SOFC) são dispositivos capazes de gerar energia elétrica com alta eficiência e baixa emissão de poluentes. As altas temperaturas de operação dessas células (600 a 1000 °C) são benéficas no sentido de possibilitar a reforma in situ do combustível utilizado, bem como sua aplicação em sistemas de co-geração de energia, aumentando sua eficiência teórica total que pode chegar entre 80 e 85%. Entretanto, essas altas (mais) temperaturas, o contato direto entre materiais de constituições químicas diferentes e a utilização de gases redutores e oxidantes, são alguns dos fatores que impõem severas restrições aos materiais usados na preparação de seus principais componentes. O presente artigo tem como objetivo revisar o desenvolvimento do estado da arte, com relação aos materiais de ânodo, cátodo, eletrólito, interconectores e selantes, usados em SOFCs. Os requisitos necessários para o bom funcionamento de cada componente e os materiais que melhor se adequam aos mesmos são descritos. As vantagens e desvantagens dos principais materiais encontrados na literatura são também comentadas e comparadas. Resumo em inglês Solid oxide fuel cells (SOFC) are devices capable to generate electricity with high efficiency and low emission of pollutants. The high operation temperatures of these batteries (600 to 1000 °C) are advantageous, making possible the reform of the fuel used in situ as well as its application in systems for cogeneration of energy, increasing its total efficiency up to values between 80 and 85%. However, these high temperatures require severe restrictions on the materials u (mais) sed in the preparation of their main components. This paper aims to review the state of the art of the developed material as anode material, cathode, electrolyte, interconnects and seals, to be used in SOFCs. The requirements for a good operation of each component and the materials that best fit their specific need are described. The advantages and disadvantages of the main materials found in the literature are discussed and compared.

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Materiais cerâmicos para células a combustível/ Ceramic materials for fuel cells

Florio, D. Z. de; Fonseca, F. C.; Muccillo, E. N. S.; Muccillo, R.
2004-12-01

Resumo em português A partir da definição de células a combustível, é feita uma introdução sucinta dos tipos de células e dos materiais cerâmicos que são empregados em projeto e fabricação destes dispositivos geradores de energia elétrica. Tomando por base a ampla literatura científica disponível em publicações periódicas internacionais indexadas e arbitradas, bem como patentes, são relatados com detalhes os materiais cerâmicos com comportamento elétrico adequado para us (mais) o como eletrólitos, anodos, catodos, interconectores e selantes, que são os componentes básicos de células a combustível de óxidos sólidos. Por fim, é feita uma avaliação do estado da arte na pesquisa e desenvolvimento de materiais cerâmicos para uso em células a combustível de óxidos sólidos. Resumo em inglês Basic definitions of fuel cells and a brief introduction of different types of fuel cells are given. A review of the most important ceramic materials being considered for the design and fabrication of devices for producing electrical energy is presented. Ceramic materials with suitable electrical behavior to be used as electrolytes, anodes, cathodes, interconnectors, and sealants of solid oxide fuel cells are reported with details, taking into account the large number of (mais) available indexed and refereed scientific publications and patents. Finally, an evaluation of the state of the art of the research and development of ceramic materials for solid oxide fuel cells is presented.

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Análise do desempenho de pilhas de combustível do tipo pemfc com cátodo aberto ao ar

Teixeira, Ana C.; Pinto, Diogo; Silva, Vasco; Colaço, Rogério
2007-07-01

Resumo em português As pilhas de combustível a hidrogénio do tipo membrana de permuta protónica (Proton Exchange Membrane Fuel Cell - PEMFC), produzidas pela empresa SRE - Soluções Racionais de Energia, SA caracterizam-se pela inserção do hidrogénio no ânodo ser efectuada através de um sistema de canais fechados e pelo facto do cátodo ser aberto ao ar. O presente trabalho teve como objectivo efectuar uma análise do desempenho e dos efeitos do envelhecimento das pilhas modelo SRE (mais) 10SR4-A, que são constituídas por 8 células, com potência nominal de 10 W. Para tal, diferentes pilhas foram ensaiadas em situações de funcionamento real sob corrente constante, por diferentes períodos de tempo (808h, 1503h e 2126h) em condições de pressão e temperatura ambiente. O desempenho das pilhas foi estudado examinando as curvas de polarização. Após o período de testes, as MEA (Membrane Electrode Assembly) que apresentaram melhor e pior tensão individual foram retiradas de cada uma das pilhas para caracterização por Microscopia Electrónica de Varrimento (SEM). Resumo em inglês This work is focused on the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) stack, model 10SR4-A from SRE - Soluções Racionais de Energia, SA. It is a stack composed of 8 cells, with nominal power of 10 W and its most remarking characteristic consist of an open-air cathode while hydrogen is supplied to the anode in a dead-end mode. In order to study the performance and aging effects on morphological features of the Membrane Electrode Assembly (MEA) stacks were assembled and (mais) tested in a real life functioning situation under ambient pressure and temperature. The stacks were operated under steady load for different lengths of time: 808h, 1503h and 2126h. Stacks performance was studied by examining the stacks polarization curves. After the lifetime tests, the MEA’s from the cells that presented better and worst individual voltage, for each stack, were taken for characterization by Scanning Electron Microscopy (SEM).

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Parâmetros de rede em condutores de íons oxigênio com estrutura fluorita: estudo da solução sólida céria-ítria/ Lattice parameters in solid ionic conductors with the fluorite structure: ceria-yttria - a case study

Rey, J. F. Q.; Muccillo, E. N. S.
2002-09-01

Resumo em português Soluções sólidas de céria com terras raras são conhecidas pelo seu potencial em aplicações como sensores de oxigênio e células à combustível com eletrólito óxido sólido (SOFC). A substituição do Ce4+ por íons trivalentes das terras raras, promove a introdução de vacâncias aniônicas para manter o equilíbrio de cargas. Neste trabalho, soluções sólidas de céria - u% mol de ítria foram preparadas, com u variando entre 0 e 12, por reações em estado (mais) sólido. As soluções sólidas obtidas apresentam uma estrutura cubica tipo fluorita nas quais o parâmetro de rede está diretamente relacionado com a composição química de acordo com a lei de Vegard. As alterações do parâmetro de rede foram estudadas por difratometria de raios X e relacionadas com modelos existentes. Resumo em inglês Ceria-rare earth solid solutions are known as solid electrolytes with potential applications in oxygen sensors and solid oxide fuel cells. Trivalent rare earth ions enter into solid solution introducing anion vacancies for charge compensation. These oxygen vacancies are quite mobile giving rise to a comparatively high ionic conduction. In this study ceria-u mol% yttria solid solutions with u ranging from 0 to 12 were prepared by solid state reactions. These solid solution (mais) s exhibit a fluorite-type structure with composition-dependent lattice parameters. The variation of the lattice parameter was studied and correlated with existing empirical equations and with an equation based on the ion packing model. The effect of an effective ionic radius of Y3+ in eightfold coordination is also discussed.

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Síntese do anodo cerâmico La1-xSr xCr0,5Mn0,5O3 pela técnica dos precursores poliméricos/ Synthesis of the ceramic anode La1-xSr xCr0,5Mn0,5O3 by the polymeric precursor technique

Ramos, M. P.; Florio, D. Z. de; Fonseca, F. C.
2007-01-01

Resumo em português Compostos da família La1-xSr xCr0,5Mn0,5O3 são apontados como potenciais anodos cerâmicos de células a combustível de óxidos sólidos. A utilização de anodos cerâmicos tem como objetivo eliminar os problemas de depósito de carbono na superfície do níquel e a baixa resistência a ciclos de redução/oxidação observados no compósito cerâmica-metal à base de zircônia estabilizada e níquel, que é o material anódico mais usado nestas células. Neste estudo (mais) são apresentados os resultados da síntese pela técnica dos precursores poliméricos e da caracterização de compostos com x = 0,5, estequiométrico e com 5% de deficiência catiônica no sítio A da estrutura perovskita La1-xSr xCr0,5Mn0,5O3 e (La1-xSr x)0,95Cr0,5Mn0,5O3, respectivamente. Os resultados evidenciam que o composto estudado possui altos valores de condutividade elétrica e baixa reatividade com eletrólitos à base de zircônia. Resumo em inglês La1-xSr xCr0.5Mn0.5O3 perovskites have been pointed out as potential ceramic anode materials for solid oxide fuel cell. The use of a ceramic anode is desirable in order to overcome both the coke formation on the Ni surface and the redox cycling instability of the stabilized-zirconia/Ni cermets, which is the most used anode in solid oxide fuel cells. In the present study, it is reported the results of the synthesis by the polymeric precursor technique and the characterizat (mais) ion of compounds with x = 0.5, stoichiometric and with 5% A-site cationic deficiency La1-xSr xCr0.5Mn0.5O3 and (La1-xSr x)0.95Cr0.5Mn0.5O3, respectively. The results reveal that such a ceramic has high electrical conductivity values and low reactivity with zirconia based electrolytes.

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Síntese e caracterização de perovskitas do tipo LaNi1-xCu xO3 para a purificação de hidrogênio para PaCOS

Moura, J.S.; Silva, L.A.; Rangel, M.C.; Araújo, G.C.
2010-01-01

Resumo em português Neste trabalho, foram estudados sólidos do tipo LaNi1-xCuxO3 (x = 0,0; 0,3 e 0,5), com estrutura perovskita, visando a desenvolver catalisadores destinados à produção de hidrogênio de alta pureza na reforma interna de células a combustível de óxido sólido (SOFC). Observou-se que as condições experimentais usadas na preparação favoreceram a incorporação quantitativa dos cátions ao precursor e a formação dos sólidos com estrutura perovskita. Esses materia (mais) is mostraram diferentes propriedades redutoras e a presença do cobre favoreceu a estabilidade da estrutura perovskita. As propriedades catalíticas das amostras obtidas foram avaliadas na reação de deslocamento de monóxido de carbono com vapor d'água (WGSR, water gas shift reaction), uma etapa importante de purificação do hidrogênio, no processo de reforma de hidrocarbonetos. Os resultados mostraram que os catalisadores são promissores para esta reação, apresentando atividade muito superior à de um catalisador comercial de óxido de ferro contendo cromo e cobre; isto foi atribuído à tendência das amostras em favorecer o mecanismo adsortivo, provavelmente decorrente de uma alta mobilidade dos oxigênios da rede cristalina. O valor mais elevado de atividade catalítica foi apresentado pela Amostra LaNi0,5Cu0,5O3, considerada o catalisador de melhor desempenho. Resumo em inglês LaNi1-xCu xO3 (x = 0.0, 0.3 and 0.5) type solids with perovskite structure were studied in this work aiming to develop catalysts for the production of high pure hydrogen in the internal reforming of solid oxide fuel cells (SOFC). It was observed that the experimental conditions used for preparing the samples favored the quantitative incorporation of cations in the precursor and the formation of solids with perovskite structure. These materials showed different reducing pr (mais) operties and the copper presence favored the stability of the perovskite structure. The catalytic properties of the samples were evaluated in water gas shift reaction (WGSR), an important step for purifying hydrogen in the process of hydrocarbons reforming. The results showed that the catalysts are promising for the reaction, showing much higher activities than a iron oxide-based commercial catalyst containing chromium and copper; This was assigned to the tendency of the samples in favoring the adsorptive mechanism, probably due to a high mobility of oxygen in the crystalline lattice. The highest value of catalytic activity was shown by the LaNi0.5Cu0.5O3 sample, the catalyst with the best performance.

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A importância da camada funcional em meia células catódicas para pilhas PaCOS/ The importance of the functional layer in SOFC half cathodic cell

Belardi, Rose-Marie; Domingues, Rosana Zacarias; Matencio, Túlio; Brant, Márcia Caldeira
2008-09-01

Resumo em português O grande desafio para se melhorar o desenvolvimento de pilhas a combustível de óxido sólido (PACOS) é diminuir as resistências de polarização ôhmica e de polarização de concentração, sobretudo no catodo. Uma alternativa efetiva é a introdução de uma camada catódica funcional entre o eletrólito e o catodo convencional. Esta camada funcional é um compósito constituído pelos materiais de eletrólito e catodo que neste caso são a zircônia estabilizada co (mais) m ítria (ZEI) e a manganita de lantânio e estrôncio (MSL). Esta camada melhora o contato entre o catodo e o eletrólito diminuindo a resistência ôhmica de polarização de concentração devido ao aumento do número de pontos de contato triplo (PCT) no volume do material. Neste trabalho, duas meias células foram preparadas: a primeira é constituída por um filme catódico funcional (50% p/p) e a camada coletora de corrente depositados sobre uma pastilha de ZEI. A segunda meia célula é composta apenas pela camada catódica de MSL também depositada sobre a pastilha de ZEI. O estudo elétrico foi realizado por espectroscopia de impedância na faixa de temperatura entre 700 e 900 °C. As resistências das amostras diminuíram com o aumento da temperatura e, foi observado que a meia célula que possuía o catodo funcional apresentou menores resistências elétricas. Após tratamento térmico a 750°C por 3 dias foi verificado que a amostra sem a camada funcional apresentou um semicírculo adicional no diagrama de impedância caracterizado como uma resistência devida a baixa aderência eletrólito/catodo. Este fenômeno foi confirmado por imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Resumo em inglês The greatest challenge to improve SOCF (Solid Oxide Fuel Cell) development is to decrease polarization and ohmic concentration resistances mainly for the cathode. One effective alternative is the introduction of a functional cathode layer between the electrolyte and the conventional cathode. This functional cathode layer is a composite constituted by the electrolyte and cathode materials, in this case, yttria stabilized zirconia (YSZ) and lanthanum doped strontium (LSM). (mais) This layer improves the contact between the cathode and the electrolyte decreasing the ohmic concentration polarization due to the increasing of triple contact points (TPB) in the bulk concentration. In this work, two half cells were prepared: the first one is constituted by a functional cathode film (50% in weight), and a collecting current layer (LSM) both deposited on a YSZ pellet. The second half cell is composed by a LSM cathode layer deposited on the YSZ Tosoh pellet. The electric study has been realized by Impedance Spectroscopy varying the temperature from 700 to 900 ºC. The two half cells resistance decreased with increasing the temperature, and it has noted that the half cell with the functional cathode layer presented the lowest resistance. After annealing at 750 °C for 3 days, the sample without the functional cathode layer presented additional half circles in IS diagrams characterized as resistances due to the bad electrolyte/ electrode adherence. This phenomenon has been confirmed by Scanning Electron Microscopy (SEM).

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Síntese de manganita de lantânio com substituição parcial do La por Sr pelo método citrato/ Synthesis of lanthanum manganites with partial substitution La by Sr using citrate method

Silva, Walquíria Joseane da; Melo, Dulce Maria de Araújo; Soares, Sibelle Feitosa da Cunha X.; Pimentel, Patrícia Mendonça; Nascimento, Rubens Maribondo do; Martinelli, Antonio Eduardo; Rabelo, Adriano Alves
2007-01-01

Resumo em português As Manganitas de Lantânio são óxidos cerâmicos semicondutores intrínsecos do tipo p com estrutura perovsquita. A dopagem adequada nos sítios A, nesse material, aumenta a condutividade elétrica tornando-o apropriado para ser utilizado na produção de células a combustível de óxido sólido (solid oxide fuel cell - SOFC), operando em temperaturas próximas de 1000 °C. Em geral, a propriedades dos materiais variam com a composição e com o método de síntese. Ne (mais) sse trabalho, foi sintetizado o composto La1-xSrxMnO3 (x = 0,20-0,22) via método citrato, visando investigar o efeito do teor de dopante na formação da fase perovsquita. O método citrato foi utilizado, uma vez que permite a obtenção de pós homogêneos e fases cristalinas a temperaturas mais baixas que os métodos tradicionais de síntese. Os pós-sintetizados foram caracterizados por difração de raios X (DRX), análise termogravimétrica (TG), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise de área superficial específica pelo método BET. Os pós sintetizados com substituição de 22% de lantânio apresentaram melhores resultados em relação a obtenção da fase perovsquita. Resumo em inglês Lanthanum manganite is a type p intrinsic semiconductor ceramic oxide with perovskite structure. The partial substitution in A-site of that material increases it’s electrical conductivity, becoming appropriate to be used in production of solid oxide fuel cells (SOFC) component for working at temperatures around at 1000 °C. In general, the properties of materials change with composition and synthesis method. In the present work, the synthesis of La1-xSrxMnO3 (x = 0,20-0, (mais) 22) has been carried out by citrate method, aiming at to investigate the percentage effect of the dopante in the formation of the perovskite phase. This method allows to obtain homogenous powders and crystalline phase in lower temperatures than traditional methods of synthesis. The sample was characterized by X-ray diffraction (XRD), thermal gravimetric analyses (TGA), scanning electron microscopy (SEM) and analysis by specific surface area by BET method. The powders synthesized with 22% partial substitution of strontium showed better results relative to obtain perovskite phase.

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Obtenção de substratos cerâmicos no sistema Si-Al-O-N-C empregando polissiloxanos e carga de Si e Al2O3/ Ceramic tapes of Si-Al-O-N-C compounds using mixtures of polyssiloxane and Si-Al2O3 fillers

Rocha, R. M.; Scheffler, M.; Greil, P.; Bressiani, J. C.; Bressiani, A. H. A.
2005-03-01

Resumo em português A técnica de processamento de colagem por fita (tape casting) tem sido amplamente utilizada na obtenção de cerâmicas para diferentes aplicações: substratos cerâmicos e estruturas planares em multicamadas para circuitos integrados e capacitores; eletrólitos sólidos para células a combustível e sensores; cerâmicas piezoelétricas para atuadores e transdutores; membranas de separação para micro-filtragem; compósitos estruturais e trocadores de calor. Neste tra (mais) balho, a técnica convencional de colagem por fita foi adaptada com a utilização do processo de pirólise controlada de misturas de polímeros e carga, empregando-se polissiloxanos e cargas de silício e alumina nas suspensões. Foram preparadas suspensões com 60% vol. de fase polimérica (polissiloxanos e metil-trietoxi-silano) e 40% vol. de carga (Si e Al2O3), com diferentes concentrações dos polímeros e das cargas. As amostras na forma de substratos foram pirolisadas em atmosfera de nitrogênio a 1400 °C/2 h e 1500 °C/2 h, sendo convertidas em materiais cerâmicos no sistema Si-Al-O-N-C. O processo de pirólise foi caracterizado até a temperatura de 1000 ºC por análise termogravimétrica. As cerâmicas foram caracterizadas quanto às fases formadas, microestrutura, massa específica aparente e condutividade térmica. Os substratos cerâmicos apresentaram porosidade relativamente alta (entre 12 e 22%) e baixa condutividade térmica (entre 3 e 8 W/m.K), sendo constituídos por fases cristalinas de beta-SiC, Si2ON2, O'-SiAlON, Al2O3, mulita e fase amorfa de SiOC; o Si foi observado nas amostras pirolisadas a 1400 ºC. Resumo em inglês The tape casting technique has been widely used to prepare ceramic tapes for different applications: ceramic substrates and multilayer planar structures for integrated circuits and capacitors, solid electrolytes for fuel cells and sensors, piezoelectric ceramics for actuators and transducers, membrane systems for micro-filtration, structural composites and heat exchanger. In this work the conventional tape casting technique was adapted to utilize the active filler control (mais) led polymer pyrolysis process making use of polyssiloxanes and fillers in the initial suspension. Suspensions were prepared with 60 vol. % of polymeric phase (polyssiloxanes and methyl-trietoxy-silane) and 40 vol. % of fillers (Si and Al2O3) with different contents of polymer and fillers. The cured tapes were pyrolysed In nitrogen atmosphere at 1400 ºC/2 h and 1500 ºC/2 h, converting the material to ceramic tapes in the Si-Al-O-N-C system. The pyrolysis process was characterized by thermogravimetry up to 1000 ºC and pyrolyzed tapes were characterized according to phase formation, microstructure, density and thermal conductivity. The converted tapes showed relatively high porosity (between 12 and 22%) and low thermal conductivity (between 3 and 8 W/m.K.). The tapes are mainly composed by crystalline phases of beta-SiC, Si2ON2, O'SiAlON, Al2O3 and mullite and a SiOC amorphous phase; Si was observed in tapes pyrolysed at 1400 ºC.

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Síntese e caracterização dos pós de Nd1-xSrxMnO3 e La1-xSrxCo1-yFeyO3/ Synthesis and characterization of Nd1-xSrxMnO3 and La1-xSrxCo1-yFeyO3 powders

Vargas, R.A.; Chiba, R.; Andreoli, M.; Seo, E.S.M.
2007-01-01

Resumo em português Os materiais cerâmicos têm sido amplamente estudados durante várias décadas para utilização em Células a Combustível, principalmente em Células a Combustível de Óxido Sólido de Temperatura Alta. Entretanto, não tendo sido superados completamente todos os problemas decorrentes da alta temperatura de operação desses dispositivos, continuam os trabalhos de pesquisa e de desenvolvimento na busca de materiais compatíveis para operacionalizar esses dispositivos (mais) em altas temperaturas, assim como em temperaturas intermediárias. Por esses motivos, muitos esforços têm sido concentrados para minimizar os problemas que ocorrem com esses materiais e a atenção vem sendo direcionada para a seleção e obtenção de materiais cerâmicos utilizados na Célula a Combustível de Óxido Sólido de Temperatura Intermediária. Seguindo este contexto, o presente trabalho tem como objetivo apresentar as principais características dos pós de Nd1-XSrXMnO3 e La1-XSrXCo1-YFeYO3, que constituem o eletrodo catódico. Os pós foram obtidos pelo método cerâmico de mistura de pós e pela técnica dos citratos, respectivamente. Os pós desses materiais foram caracterizados e analisados por técnicas químicas, físicas e microestruturais. Como principal resultado, verificou-se que a homogeneidade das partículas destes pós é adequada para a preparação de suspensões que podem ser aplicadas no eletrólito sólido. Resumo em inglês The ceramic materials have been studied during some decades for use in Fuel Cells, mainly in High Temperature Solid Oxide Fuel Cells. However, not having been surpassed completely all the decurrently problems of the high operating temperature of the devices developed currently, continue the works of research and development in the search of compatible materials to operate these devices in high temperatures, as well as in intermediate temperatures has been considered. For (mais) these reasons, many efforts was concentrated to minimize the problems that occur with these materials and the attention comes being directed for the election and attainment of ceramic materials used in the Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cell. Following this context, the present work has as objective to present the main characteristics of Nd1-X SrX MnO3 and La1-X SrX Co1-Y FeY O3, powders that they constitute the cathodic electrode. The mentioned methods by powders mixture and citrates technique were used for obtaining these powders, respectively. The powders obtained were characterized and analyzed for chemical, physical and microstructural techniques. As main result, it was verified that the homogeneity of particles is adequate for the preparation of suspensions that can be applied in the solid electrolyte.

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Seleção de fontes alternativas de geração distribuída utilizando uma análise multicriterial baseada no método AHP e na lógica fuzzy/ Selection of alternative energy sources by using a multicriteria analysis for distributed generation system management: the AHP method and the fuzzy logic

Barin, Alexandre; Canha, Luciane Neves; Magnago, Karine Faverzani; Abaide, Alzenira da Rosa
2010-10-01

Resumo em português Este artigo apresenta uma metodologia para tomada de decisão multicriterial que visa à seleção de sistemas renováveis de energia considerando as características fundamentais de operação e aplicação destes sistemas. Esta metodologia toma como base o método Analytic Hierarchy Process (AHP) e a lógica fuzzy com intuito de avaliar os principais sistemas de geração distribuída que podem fazer uso de fontes primárias renováveis, tais como: painéis fotovoltaico (mais) s, aerogeradores, microturbinas e células de combustível com uso de biogás. Para avaliação destas fontes consideram-se os seguintes critérios: eficiência, custos, maturidade tecnológica, impactos ambientais, amplitude de atuação do sistema e vida útil. Por fim é apresentada uma classificação em ordem de prioridade para o uso das fontes de geração comparando resultados provenientes da aplicação do método AHP e da lógica fuzzy para os cenários custos e meio ambiente. Resumo em inglês This paper presents a methodology for renewable energy sources selection according to the evaluation of the main operational characteristics related with social, economic and environmental aspects. Accordingly, the proposed methodology taking as basis the theory developed by Saaty in the AHP method and multi-rules-based decision and multi-sets considerations applied in the fuzzy logic. By exploiting a multi-criteria decision making, this methodology evaluates the most imp (mais) ortant energy technologies that make use of renewable primary resources, such as - wind generators, microturbines, photovoltaic cells and fuel cells. For the purpose of the study, these technologies are evaluated with the intention to find the most appropriate renewable energy system for different scenarios, according to the selected criteria, namely: efficiency, costs, technical maturity, environmental impacts, power application range and lifecycle. In conclusion, it is presented a comparison of the final results - renewable energy sources ranking - achieved by the fuzzy logic and the AHP method for environment impacts and costs scenarios.

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Efeito da adição de magnésio nas propriedades texturais de catalisadores à base de níquel e óxido de lantânio/ Effect of magnesium on the textural properties of nickel and lanthana-based catalysts

Moura, Jadson Santos; Souza, Marluce Oliveira da Guarda; Rangel, Maria do Carmo
2007-01-01

Resumo em português Com o desenvolvimento das células a combustível, há uma expectativa de crescimento da demanda por hidrogênio. A reforma a vapor de etanol é mais atrativa que outros processos relacionados para produzir hidrogênio de alta pureza, por apresentar diversas vantagens, tais como a utilização de fontes de energia renovável e facilidade de manuseio e estocagem do etanol. Alguns dos catalisadores usados nesse processo são níquel suportado em óxidos de lantânio, assim (mais) como níquel suportado em óxido de magnésio, que apresentam alta atividade e seletividade a hidrogênio e estabilidade. Com o fim de obter catalisadores alternativos para essa reação estudou-se, neste trabalho, o efeito do magnésio nas propriedades de catalisadores baseados em níquel e lantana. As amostras, com 15% Ni e La/Mg (molar)=20, 10 e 5, foram preparadas por precipitação, seguida de impregnação; preparou-se, também, sólidos sem níquel e/ou magnesium para fins de comparação. Nas amostras sem magnésio, foram produzidos hidróxidos e óxidos de lantânio mas nas outras amostras foi formado apenas óxido de lantânio. Por outro lado, os sólidos contendo níquel também produziram o composto La2NiO4. Adicionando-se pequenas quantidades de magnésio ao óxido de lantânio (La/Mg=20, 10), a área superficial específica diminui mas quantidades mais altas (La/Mg=5) não causam variações. Entretanto, a adição do níquel e magnésio levarou a um aumento. Esses resultados foram relacionados às tensões e imperfeições geradas durante a preparação do sólido; nesse caso, supõe-se que o magnésio favorece o aumento do tamanho de partícula enquanto a ação combinada do magnésio e níquel contribui para evitar a sinterização. Todos os sólidos apresentaram sítios básicos na superfície. Pode-se concluir que o método usado neste trabalho pode ser útil para controlar as propriedades estruturais e texturais do óxido de lantânio, permitindo a produção de materiais como propriedades pré-determinadas. Resumo em inglês The development of fuel cells comes along with an expected increase in the demand for hydrogen. Ethanol reforming is more attractive than other related processes to produce highly pure hydrogen, since it has several advantages such as the use of renewably energy sources and the easy storage and handling of ethanol. Some of the catalysts used in this process are lanthanum oxide-supported nickel, as well as magnesium oxide-supported nickel, which exhibit high activity, sele (mais) ctivity to hydrogen and excellent stability. In order to find alternative catalysts to this reaction, the effect of magnesium on the properties of nickel and lanthanum-based catalyst was studied in the present work. Samples with 15% Ni and La/Mg (molar)=20, 10 and 5 were prepared by precipitation, followed by impregnation; solids without nickel and/or magnesium waere also obtained for comparison. In the free-magnesium sample, lanthanum oxide and hydroxide were produced but in the other samples only lanthanum oxide was produced. On the other hand, nickel-containing solids also produced the La2NiO4 compound. By adding small amounts of magnesium to solids (La/Mg=20, 10), the specific surface area decreased but higher amounts (La/Mg=5) did not change it. However, the addition of both nickel and magnesium led to an increase of it. These results were related to the stresses and imperfection generated during the solid preparation; in this case, magnesium is supposed to favor the increase of the particle size while the combined action of magnesium and nickel contributes to avoid sinterization. All solids showed basic sites on the surface. It can be concluded that the method used in this work can be useful to control the structural and textural properties of lanthana allowing the production of tailored catalysts.

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Correlação entre a atividade catalítica e o tamanho de partículas de Pt/C preparados por diferentes métodos/ Correlation between catalytic activity and particle size of Pt/C prepared by different methods

Salgado, J. R. C.; Gonzalez, E. R.
2003-01-01

Resumo em português Eletrocatalisadores de Pt/C são preparados por diferentes métodos para a reação de redução de oxigênio em célula a combustível alimentada com H2/O2. Este trabalho mostra a caracterização física e eletroquímica mediante DRX, MET, VC e CP dos catalisadores de Pt/C preparados por diferentes métodos. Os resultados mostraram que a atividade catalítica está correlacionada com a morfologia e o diâmetro médio das partículas de Pt suportadas em carbono de alta área superficial. Resumo em inglês Pt/C electrocatalysts prepared by different methods were studied for the oxygen reduction reaction in H2/O2 fuel cells. This work analyses the physical and electrochemical characterization of Pt/C prepared by different methods by XRD, TEM, CV and CP. It was found that the electrochemical activity is correlated with the morphology and with the particle size of the catalysts.

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Microestrutura e condutividade elétrica em Ce0,85Y0,15-xRxO2-delta (R=Pr, Tb)/ Microstructure and electrical conductivity in Ce0.85Y0.15-xRxO2-delta (R=Pr, Tb)

Tadokoro, S. K.; Muccillo, E. N. S.
2007-03-01

Resumo em português Soluções sólidas de Ce0,85Y0,15-xRxO2-delta (R=Pr, Tb) com x = 0,02 e 0,06 foram sintetizadas pela co-precipitação dos hidróxidos para o estudo do efeito dos co-dopantes Pr e Tb na microestrutura e na condutividade elétrica das cerâmicas sinterizadas. Para fins comparativos foram também preparadas as soluções sólidas Ce0,85Y0,13Pr0,02O2-delta pela mistura do Pr6O11 ao gel precipitado contendo céria e ítria, e Ce0,85Y0,15O2-gama. A caracterização estrutural (mais) das amostras sinterizadas foi feita por difração de raios X e espectroscopia Raman. O estudo da microestrutura foi feito por observações em microscópio eletrônico de varredura, e a análise elementar em micro-regiões por espectroscopia de energia dispersiva. A condutividade elétrica foi determinada por medidas de espectroscopia de impedância. Os principais resultados obtidos mostraram a importância da técnica de síntese na obtenção de soluções sólidas com homogeneidade química e estrutural. A adição de praseodímio a céria-ítria resulta em maior homogeneidade microestrutural, diminuindo o tamanho médio de grãos e estreitando a distribuição de tamanho de grãos. A adição de térbio não altera a microestrutura da céria-ítria. Os co-dopantes Pr e Tb exercem efeito deletério na condutividade elétrica da céria-ítria na temperatura de operação típica (650 ºC) de uma célula a combustível de óxido sólido em temperaturas intermediárias. Resumo em inglês Ce0.85Y0.15-xRxO2-delta (R=Pr, Tb) with x = 0.02 e 0.06 solid solutions were synthesized by the hydroxide coprecipitation technique to study the effect of Pr and Tb additions in the microstructure and electrical conductivity of yttria-doped ceria solid electrolyte. For comparison purposes, the solid solution Ce0.85Y0.13Pr0.02O2-delta was prepared by mixing Pr6O11 to the precipitated gel of ceria-yttria. The solid electrolyte Ce0.85Y0.15O2-gamma was also synthesized by che (mais) mical route. The structural characterization of sintered specimens was carried out by conventional X-ray diffraction and Raman spectroscopy experiments. The morphology of sintered materials was verified by scanning electron microscopy coupled to energy dispersive X-ray analysis. The electrical conductivity was measured by impedance spectroscopy. The overall results show the key role of the synthesis technique for obtaining chemically and structurally homogeneous solid solutions. Reductions in the average grain size and in the full width at half maximum height of the grain size distribution curve were obtained with increasing praseodymium additions to ceria-yttria. In contrast, Tb additions to yttria-doped ceria do not result in any significant microstructural change. Both co-dopants, Pr and Tb, exert a deleterious effect on the electrical conductivity of yttria-doped ceria at temperatures of typical solid oxide fuel cells operation.

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Eficiência teórica de pilhas a combustível do tipo PaCOS/ Efficiency of solid oxide fuel cCells (SOFC)

Amaral, Alexandre A.; Matos, Francisco F.; Benedicto, João Paulo; Boaventura, Jaime S.
2007-01-01

Resumo em português A célula a combustível do tipo óxido sólido (PaCOS) é um das mais promissoras tecnologias para a produção de energia elétrica, principalmente, devido ao fato de ser virtualmente não poluente. Tipicamente, a PaCOS é constituída de pelo menos sete fases distintas: combustível, ânodo, cátodo, eletrólito (separando os dois eletrodos), ar e interconectores elétricos (dois) para completar o circuito de corrente. É claramente demonstrado que os sistemas eletroqu (mais) ímicos só podem ser reversíveis quando homogêneos, o que não é caso da PaCOS, e portanto a aplicação da termodinâmica do equilíbrio a esses sistemas é incorreta. Propõe-se então que a PaCOS pode ser mais bem representada a partir da reação entre espécies adsorvidas. A eficiência é então calculada como a razão entre a energia livre dessa reação pelo calor de combustão. São desenvolvidas estimativas para os dados termodinâmicos das reações de espécies adsorvidas e reação global. Resumo em inglês The solid oxide fuel cell (SOFC) is one of the most promising technologies for the production of electric energy, mainly due to the fact that it is virtually no pollutant. Typically, the SOFC is constituted of at least seven distinct phases: fuel, anode, electrolyte substrate (separating the two electrodes), cathode, air, and electrical interconnectors (two, completing the electrical circuit). Thermodynamics clearly shows that electrochemical systems only can be reversibl (mais) e when homogeneous, what it is not case of the SOFC, and therefore the application of equilibrium thermodynamics to these systems is incorrect. It is considered that the SOFC can be better described by the reaction between adsorbed species. The efficiency then is calculated as the ratio between the free energy of this reaction to the combustion heat. Estimates of thermodynamic parameters are developed for the global reaction, as well as adsorbed species reaction.

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SPP: portable power technologies for the dismounted soldier

Sousa, Carlos; Rangel, C. M.; Rodrigues, J. Campos; Fernandes, Vitor V.; Paiva, T. I.; Soares, D. A.

The project aims at the development of a portable power system as standard equipment for defence use, and is being developed by a Portuguese consortium leaded by SRE, a fuel cell developer, LNEG (Portuguese National Laboratory for Energy and Geology) and EID (Electronics and Telecommunications for A...

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Prototipagem rápida de pilhas a combustível de óxido sólido/ Rapid prototyping of solid oxide fuel cells

Hotza, D.
2009-01-01

Resumo em português Tecnologias de Prototipagem Rápida (Rapid Prototyping, RP) permitem a fabricação automática de peças com geometria complicada a partir de dados de Projeto Auxiliado por Computador (Computer Aided Design, CAD). A peça tridimensional é construída por consolidação de pó em camadas (processo "aditivo" ou "generativo"). Por isso, estas técnicas estão freqüentemente chamadas de fabricação de forma livre sólida ou fabricação em camadas. Em geral, uma abordagem (mais) de 5 etapas do desenvolvimento de produto é comumente aplicada: criação de um modelo de CAD, conversão do modelo de CAD em formato STL, fatiamento do arquivo STL em camadas de seção transversal, fabricação do produto, e finalmente acabamento superficial do produto. Técnicas de RP têm muitos benefícios sobre métodos tradicionais para geração de modelos, ferramentaria e construção de peças de produção de qualidade. Por exemplo, em contraste com processos "subtrativos" (furação, moagem, desbaste) os métodos "aditivos" de RP permitem a fabricação de produtos com estrutura complexa de poros internos que não podem ser fabricados por outros métodos. Técnicas de RP podem diminuir significativamente o tempo de fabricação de pilhas a combustível de óxido sólido (PaCOS) com pequena despesa de operação e reduzido custo de produto quando aplicadas corretamente. Tecnologias como Sinterização Seletiva a Laser (Selective Laser Sintering, SLS), Manufatura de Objetos Laminados (Laminated Object Manufacturing, LOM) e Impressão 3D (3D Printing, 3DP) podem ser usadas para fabricação de protótipos de pilhas a combustível, em particular na configuração planar. Resumo em inglês Rapid prototyping (RP) technologies can automatically manufacture near-net shape parts with complicated geometry from Computer-Aided Design (CAD) data. The three dimensional part is built up by powder consolidation in layers ("additive" or "generative" process). For this reason, these techniques are often referred to as solid freeform fabrication or layered manufacturing. In general, a five-step approach of the product development is commonly applied: creating a CAD model (mais) , converting the CAD model into STL format, slicing the STL file into cross-sectional layers, fabrication of the product, and finally surface finishing of the product. RP techniques have many benefits over traditional methods for model generation, tools and even construction of production-quality parts. For instance, in contrast to "subtractive" processes (e.g., drilling, milling, grinding) the "additive"-RP methods allow fabrication of products with complex geometries like undercuts, internal cavities or overhangs that cannot be manufactured by other approaches. Additive RP methods also offer the possibility to generate parts with an orientated internal pore structure. RP techniques can significantly shorten fabrication times of Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) with small operational expenditure and reduced product costs when applied properly. Technologies such as Selective Laser Sintering (SLS), Laminated Object Manufacturing (LOM) and 3D Printing (3DP) may be used for the fabrication of fuel cell prototypes particularly for planar configuration.

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Propriedades reológicas e microestruturais de eletrólito de ZrO2/Y2O3/ Microstructural and rheological properties of ZrO2/Y2O3 electrolyte

Taroco, H.A.; Basaglia, R. M. F.; Domingues, R. Z.; Brant, M.; Matencio, T.
2008-09-01

Resumo em português Para reduzir a temperatura de operação das pilhas a combustível de óxido sólido (PaCOS), estruturas com filmes finos de eletrólito depositados, por aerografia, sobre suportes de anodo porosos foram desenvolvidas. As barbotinas, empregadas para fabricação dos filmes, foram preparadas a partir de suspensões com pós de zircônia estabilizada com ítria (ZEI), solventes, dispersantes, ligantes e plastificantes apropriados. Neste trabalho, foi feito o estudo da influ (mais) ência dos ligantes sobre a estabilidade das suspensões e as propriedades microestruturais dos filmes de ZEI. Três barbotinas foram elaboradas com composições diferentes de ligantes (0,5; 1,0 e 2,0 % p/p). Todas apresentaram comportamento de fluidos pseudoplásticos e tixotrópicos, de acordo com medidas de viscosidade e taxa de cisalhamento. Os filmes foram sinterizados a 1500 ºC/6h. As micrografias eletrônicas de varredura (MEV) foram tratadas através do programa Quantikov para determinar a porosidade do filme e o tamanho médio de grão da ZEI. Os filmes apresentaram porosidade adequada para serem empregados como eletrólito das PaCOS (entre 0,2 e 0,4 % ) e tamanho médio de grão entre 2,0 e 6,0 µm. A técnica de aerografia é adequada para fabricar eletrólito de ZEI para PaCOS. Resumo em inglês To reduce the operating temperature of solid oxide fuel cells, structures with thin films electrolytes, deposited by spray coating on porous anode were developed. The slurries used for the fabrication of the films were prepared using appropriates suspensions with ytria-stabilized zirconia (YSZ) powers, solvents, dispersants, binders and plasticizers appropriates. In this work the study of the influence of the binders in the stability of the suspensions and the microstruct (mais) ures properties of the YSZ films were done. Three slurries were made with different composition of binders (0.5; 1.0 and 2.0 % in weight). All of them showed pseudo-plastics and thixotropics flow behavior, according to viscosities measurements and shear rate. The films were sintered to 1500 ºC /6 hours. The images of scanning electron micrographs (SEM) were treated by Quantikov program to determine the porosity of the film and average grain size of YSZ. The films showed adequate porosity for being used as SOFC electrolyte (between 0.2 and 0.4%) and average grain size between 2.0 and 6.0 µ m. The spray coating is a suitable technique to fabricate the YSZ electrolytes for SOFC.

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Propriedades elétricas e microestrutura de Céria dopada com Gd+3 e Y+3 para aplicação como eletrólitos em pilhas a combustível/ Electrical properties and microstructure of Gd+3 and Y+3 doped ceria for application as electrolyte in fuel cells

Crochemore, Guilherme B.; Antunes, Fábio C.; Souza, Dulcina P. F. de
2008-09-01

Resumo em português Fonte de Energia Alternativa, Renovável e Limpa é um tema cada vez mais presente no dia a dia da atual sociedade mundial. Pilhas a combustível surgem como uma opção real para tornar as fontes alternativas um dos principais modos de geração de energia em futuro próximo. Zircônia estabilizada com 8% mol de ítria (ZEI8) é o material mais utilizado como eletrólito em pilha a combustível de óxido sólido (PaCOS), por apresentar condutividade iônica e estabilidad (mais) e química em atmosferas oxidante e redutora que permitem à pilha apresentar bom rendimento quando operando em torno de 1000ºC. Céria dopada com terras raras tem recebido atenção especial devido a sua elevada condutividade elétrica, o que possibilita uma temperatura de operação de PaCOS entre 500 e 800 °C. Neste trabalho, a condutividade elétrica de céria dopada com ítria e gadolínia é discutida em função das microestruturas obtidas em diferentes condições de sinterização. Resultados de zircônia estabilizada com 8 %mol de ítria, também, são apresentados com o objetivo de usá-los como uma referência. A condutividade elétrica do grão de céria dopada, individualmente, com 10 %mol Y2O3 e 12,5 %mol Gd2O3 é maior que da ZrO2 dopada com 8 %mol Y2O3. Contudo, a condutividade do contorno de grão de céria dopada é muito sensível às condições de sinterização, especificamente, à temperatura e ao tempo de patamar, podendo ser mais do que uma ordem de grandeza inferior à condutividade do grão. A elevada sensibilidade da condutividade do contorno de grão de céria dopada com as condições de sinterização está relacionada com a formação e distribuição de segunda fase no contorno. A formação dessa fase depende do tipo de dopante sendo favorecida pela presença de Y2O3. Resumo em inglês Clean renewable alternative energy source is a great issue of work nowadays. In a near future fuel cells will be the most promising answer of this issue. 8 mol% Yttria stabilized zirconia (8YSZ) is the most used material as electrolyte because of its ionic conduction and chemical stability under reducing and oxidant atmosphere, which allows that this device shows good efficiency at operating temperatures around 1000 ºC. Rare earth doped ceria has received special attenti (mais) on due to its high electrical conductivity that permits SOFC's to operate into a range of 500 to 800ºC. In this work Y doped ceria and Gd doped ceria electrical conduction are discussed as function of its microstructures obtained in different sintering conditions. 8YSZ results are also presented as reference. The grain electrical conductivity of rare earth doped ceria is bigger than 8YSZ. However, the grain boundary conductivity is mostly affected by the sintering conditions, specially sintering temperature and soaking time. It can be more than 1 order of magnitude smaller than grain conductivity. The grain boundary sensibility is related to the second phase formation along the grain boundary during sintering. The formation of this phase depends on the kind of dopants and it is clearly favored by the presence of Y2O3.

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Placas cerâmicas obtidas por colagem de fita/ Ceramic sheets obtained by tape casting

Dias, Thiago; Souza, Dulcina P. F. de
2008-09-01

Resumo em português Placas cerâmicas densas, com espessuras variando entre 10 µm e ~ 1 mm, podem ser obtidas pela técnica de colagem fita que é uma técnica de conformação cerâmica, de custo relativamente baixo. A etapa mais crítica deste processo de conformação é a preparação de suspensões com elevado teor de sólidos, ~ 30% em massa, e, também, elevado teor de aditivos orgânicos, tais como ligante e plastificante. Dentre os vários produtos cerâmicos que podem ser produzid (mais) os pela técnica de colagem de fita, substratos eletrônicos e eletrólitos planares para pilhas a combustível de óxido sólido (PaCOS) destacam-se pelo elevado consumo e pelo valor agregado, respectivamente. Neste trabalho, a quantidade apropriada de aditivos em suspensões de alumina e suspensões de zircônia estabilizada com ítria (8 e 10% em mol) foi determinada através da avaliação do comportamento reológico das suspensões. Embora exista semelhança no tamanho médio de partículas das matérias primas, foi determinado que cada matéria prima necessita de quantidade específica de aditivos orgânicos para conferir às suspensões o comportamento pseudoplástico. Placas obtidas pela colagem das suspensões foram analisadas antes e após a sinterização. Os resultados obtidos mostram que a densidade, o tamanho de grão e a distribuição de poros são sensíveis ao teor de ligante. O tamanho de grão das placas é menor que os grãos desenvolvidos em peças obtidas por prensagem e, por conseqüência, a incidência de poros intragranulares também é muito menor. Resumo em inglês Dense ceramic sheets with thickness range between 10 µm and 1 mm can be obtained through tape casting that is a low cost ceramic forming technique. The critical step of this forming process is the preparation of suspension with high solid content, 30 weight %, and also high content of organic additives like as binder and plasticizer. Among the several ceramics products that can be produced through tape casting, electronic substrates and planar electrolytes for solid oxid (mais) e fuel cells (SOFCs) stand out because of high consumption and the aggregate value, respectively. In this work the appropriated amount of additives for alumina and yttria stabilized zirconia (8 and 10 mol%) suspensions was determined through the rheological behavior. Although the raw materials possess similar average particle size it was found that specific amount of organics additives is required for each suspension for developing pseudoplastic behavior. Sheets prepared through tape casting were analyzed before and after sintering. The results show that the density, grain size, and pores distribution are sensitive to the binder amount. The sheet grain size is smaller than that one developed in ceramic body prepared through pressing and, consequently, smaller is the incidence of intragrains pores.

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Pilhas a combustível de óxido sólido: materiais, componentes e configurações/ Solid oxide fuel cells: materials, components and configurations

Amado, Roberto Salgado; Malta, Luiz Fernando Brum; Garrido, Francisco M. S.; Medeiros, Marta Eloisa
2007-02-01

Resumo em inglês In this paper the current status of fuel cells is described with particular emphasis on high (T > 800 ºC) and intermediate (T

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Pilhas de combustíveis microbianas utilizadas na produção de eletricidade a partir de rejeitos orgânicos: uma perspectiva de futuro/ Microbial fuel cells used in the production of electricity from organic waste: a perspective of future

Rachinski, Silvio; Carubelli, Ademir; Mangoni, Ana Paula; Mangrich, Antonio S.
2010-01-01

Resumo em inglês In this review is presented an innovative technology for use of animal and vegetable waste with high pollution levels in microbial fuel cell (MFC) as an alternative to waste remediation and simultaneously producing electricity and fertilizer for agriculture. A brief history of MFC, the studies about the electron transfer mechanisms, discussion of the biological nanowires in bacteria and the use of chemical mediators or carriers of electrons are explained. The factors infl (mais) uencing the performance of MFCs, the application in waste and sewage treatment and power generation are also discussed.

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Pesquisa e desenvolvimento em cerâmicas eletro-eletrônicas no IPEN/ Research and development of electro-electronic ceramics at IPEN

Muccillo, R.; Muccillo, E. N. S.
1999-07-01

Resumo em português O Grupo de Cerâmicas Eletro-eletrônicas do IPEN desenvolve trabalhos de pesquisa em materiais cerâmicos avançados para utilização em dispositivos sensores de espécies químicas e em células de combustíveis a eletrólitos sólidos. As principais áreas de atuação do grupo são em 1) síntese, processamento e caracterização elétrica de materiais cerâmicos, 2) estudo de correlação microestrutura-propriedades elétricas de materiais cerâmicos, 3) projeto, de (mais) senvolvimento, montagem e testes de sensores eletroquímicos de espécies químicas. Os principais materiais estudados são condutores iônicos (à base de ZrO2, ThO2 e outros), protônicos (à base de BaCeO3), varistores à base de SnO2, supercondutores cerâmicos de alta temperatura crítica (das famílias Y-Ba-Cu-O e Bi-Sr-Ca-Cu-O) e compósitos de matriz cerâmica (dos tipos isolante em matriz condutora iônica e condutor iônico em matriz supercondutora). A infra-estrutura experimental dispõe de analisador de impedância, difratômetro de raios X, equipamento de análise térmica simultânea, fornos para sinterização e laboratório químico. O trabalho de pesquisa do Grupo é financiado por projetos FAPESP e PRONEX. Resumo em inglês The Electroelectronic ceramics group at IPEN perform R&D in advanced ceramic materials to be used in devices like sensors for gaseous species and solid electrolyte fuel cells. The main research areas are 1) synthesis, processing and electrical characterization of ceramic materials, 2) study of the dependence of the electrical properties on the microstructural aspects of ceramic materials, 3) design, development, setup and testing of electrochemical sensors for chemical sp (mais) ecies. The main materials being studied are ionic conductors (ZrO2 and ThO2-based, and others), protonic conductors (BaCeO3), tin oxide based varistors, high-T C ceramic superconductors (Y-Ba-Cu-O and Bi-Sr-Ca-Cu-O ceramic systems) and ceramic matrix composites (electrical insulators in an ionic conductor matrix and ionic conductor in a ceramic superconductor matrix). The experimental facilities are an impedance analyzer, an X-ray diffractometer, a simultaneous thermal analyzer, high temperature furnaces for sintering, and a chemical laboratory. The research work is sponsored by grants from FAPESP, a state foundation and PRONEX.

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Oxidação direta do etanol no anodo de PaCOS/ Direct oxidation of ethanol in SOFC anodes

Venâncio, S.A.; Gutierres, T.F.; Sarruf, B.J.M.; Miranda, P.E.V.
2008-09-01

Resumo em português Neste estudo, foram desenvolvidos eletrodos eletrocatalisadores, a base de céria e Cu, para a oxidação direta de etanol em pilhas a combustível de óxido sólido (PaCOS). Um método alternativo, desenvolvido por Gortes et al [1], foi aplicado para a produção do composto Cu-CeO2-ZEI (zircônia estabilizada com 8% mol de ítria). Inicialmente, foi preparado um suporte poroso de ZEI, a partir de uma suspensão cerâmica contendo pó de ZEI, amido de milho e dispersante (mais) aplicada por serigrafia sobre uma das faces do eletrólito denso de ZEI, sendo, posteriormente, calcinada para eliminação dos compostos voláteis e em seguida sinterizada. Na outra face do eletrólito, foi aplicado o catodo multifuncional constituído de um material compósito de La0,8Sr0,2MnO3+δ/ Zr2O3-Y2O3, sendo a primeira camada constituída por um filme de catodo funcional de LSM/ZEI (50/50% em massa) e a segunda, de catodo de LSM puro (La0.8Sr0.2MnO3). Sobre o suporte poroso de ZEI, foram realizadas sucessivas impregnações com solução aquosa de nitrato de céria. Em seguida, da mesma maneira, foram realizadas impregnações com solução aquosa de nitrato de cobre, até obter a concentração desejada, em peso, para cada elemento. O suporte poroso foi caracterizado quanto à microestrutura por microscopia eletrônica de varredura, através da análise de superfície e de fratura, onde foi observada a estrutura porosa formada com o uso das partículas de amido. A quantidade, a morfologia e a distribuição espacial dos elementos foram analisadas por espectroscopia de dispersão de energia (EDS), com mapeamento, mostrando a concentração de Céria, Cobre e ZEI em todo o volume do anodo. A adequação ao uso dos combustíveis etanol e hidrogênio na pilha La0,8Sr0,2MnO/ZEI/Cu-CeO2-ZEI foi analisada através do desempenho eletroquímico quanto ao potencial, em circuito aberto, a densidade de corrente e a densidade de potência. Resumo em inglês Electro catalysts electrodes were developed in this work, using ceria and Cu, for the direct oxidation of ethanol in solid oxide fuel cells (SOFC). An alternative method developed by Gortes et al [1] was applied to the production of the compound Cu-CeO2-YSZ (8% mol yttria stabilized zirconia). A YSZ porous support was prepared, from a ceramic suspension containing YSZ powder, maize starch and dispersant applied by serigraphy over one of the faces of the dense YSZ electrol (mais) yte. It was then calcined to remove the volatile elements and finally sintered. On the other side of the electrolyte a multifunctional cathode made of a composite material, La0,8Sr0,2MnO3+δ/Zr2O3-Y2O3, was applied. The first layer consisted of a functional cathode film of LSM/YSZ (50/50% by mass), the second layer being a pure cathode of LSM (La0.8Sr0.2MnO3). Over the porous support of YSZ, successive impregnations with an aqueous solution of ceria nitrate were applied. Afterwards, similarly, impregnations with an aqueous solution of copper were applied, to obtain the desired weight percentage concentration for each element. The porous support was characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM) through the analysis of surface and fracture, where it was observed the porous structure formed due to the use of particles of starch. The amount, morphology and spatial distribution of elements, were analyzed by Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) with mapping, showing the concentration of ceria, copper and YSZ throughout the volume of the anode. The Suitability to the use of fuel ethanol and hydrogen in the La0,8Sr0,2MnO3/YSZ/Cu-CeO2-YSZ cell was analyzed by the electrochemical performance of the open circuit potential, current density and power density.

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Montagem e caracterização elétrica de pilhas a combustível de óxido sólido (PaCOS)/ Assembly and electrical characterization of solid oxide fuel cell stacks

Tarôco, Hosane Aparecida; Andrade, Samuel Tadeu de Paula; Brant, Márcia Caldeira; Domingues, Rosana Zacarias; Matencio, Tulio
2009-01-01

Resumo em inglês This paper is focused on a review of the design features and the electrochemistry characterization of anode-supported planar SOFC. Studies and results of metallic alloy interconnectors and recovery for protection against corrosion and for contact layer are showed. Moreover a discussion of examples of measurements of impedance spectrometry, according to the literature and our experimental results are made. For the anode supported fuel cells the power density varies from 0. (mais) 1 to 0.5 Wcm², according to results in the literature (showed in this paper). For electrolyte supported fuel cell the power density can be 10 Wcm-2 for high temperatures. An English-Portuguese glossary of most used terms in SOFC stack is given for greater clarity and to introduce new terms to the reader.

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Modelagem tridimensional de pilhas a combustível de óxido sólido/ Tridimensional modeling of solid oxide fuel cells

Andrade, Samuel Tadeu de Paula; Bortolus, Marcos Vinicius; Brant, Márcia Caldeira; Domingues, Rosana Zacarias; Matencio, Tulio
2008-09-01

Resumo em português A modelagem computacional contribui para o projeto, o dimensionamento e, também, para a avaliação do desempenho de pilhas a combustível de óxido sólido. No entanto, essa modelagem é complexa devido a grande quantidade de fenômenos físicos envolvidos. Além dos fenômenos físicos, as dimensões presentes dificultam a validação dos resultados. Neste trabalho, os canais de um interconector adjacente a um anodo foram modelados visando avaliar o escoamento nesse si (mais) stema. A validação dos procedimentos e das considerações foi feita de maneira indireta. O escoamento no interconector foi avaliado através das equações de Navier-Stokes e, no anodo, foi utilizada a Lei de Darcy. A técnica de volumes finitos foi empregada para a solução das equações. Foram utilizados valores típicos de permeabilidade, enquanto viscosidade e densidade foram determinadas numericamente, considerando a mistura de hidrogênio e água. Foi considerado regime permanente e isotropia em relação a todas as propriedades físicas determinadas a várias temperaturas. Foram analisadas as influências no escoamento da razão entre porosidade do anodo e viscosidade da mistura H2 e H2O; da densidade e; da temperatura. Um estudo de como a densidade da malha afeta os resultados também foi realizado. Foi possível notar que, quando a mistura hidrogênio/água penetra no meio poroso, o escoamento sofre uma redução de velocidade, em relação ao valor médio aplicado na entrada. Já a pressão, nessa situação, não apresenta redução significativa. Resumo em inglês The computational modeling contribute for design, dimensioning and also for performance evaluation of Solid Oxide Fuel Cells. Nevertheless, the modeling is complex due to of large quantity of physics phenomena involved. In addition of physics phenomena, the present dimensions raise difficulties to validate the results. In this work, the interconnect channels adjacent to an anode have modeled aiming evaluate the flowing in this system. The validation of procedures and cons (mais) iderations has done by indirect mode. The flowing at interconnect has been evaluate through the Navier-Stokes equations and at anode it has been used the Darcy's Law. The technique of finite volume has used to solving of equations. It has been used typical values of permeability, while viscosity and density have been numerically determined, considering a mixture of hydrogen and water. It has been considered steady state and isotropy in relation of all physical properties determined at different temperatures. It have been analyzed the influences at the flowing by ratio between the porosity of anode and viscosity of mixture H2O and H2O; density and temperature. A study of how the mesh affects the results also has been done. It has been possible the see that, when the mixtures of hydrogen/water enters at porous media, the flowing suffer a reduction of velocity in relation of medium value applied at entering. The pressure, in this situation, does not show significant reduction.

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Influência do substrato nas propriedades estruturais e morfológicas de filmes de manganita de lantânio dopados com estrôncio depositados por spray-pirólise/ Influence of the substrate type on structural and morphological properties of Sr-doped lanthanum manganite films deposited by spray-pyrolysis

Rabelo, Sarah dos Santos; Venâncio, Selma Aparecida; Paes Jr, Herval Ramos; Silva, Gilmar Clemente; Miranda, Paulo Emílio Valadão de
2007-01-01

Resumo em português Neste trabalho foram preparados filmes de manganita de lantânio dopados com estrôncio (LSM) nas concentrações de 0, 20 e 40 %at. depositados sobre substratos de silício monocristalino (100) tipo p e de zircônia estabilizada com ítria 8 % em mol (8ZEI) utilizando a técnica de spray-pirólise, tendo como objetivo principal sua utilização como catodo em pilhas a combustível de óxido sólido (PaCOS). Os filmes foram termicamente tratados a 900 ou 1000ºC por duas (mais) horas em atmosfera ambiente, tendo sido caracterizados estrutural e morfologicamente pelas técnicas de difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), respectivamente. Os resultados obtidos por MEV revelaram que o tipo de substrato tem grande influência na microestrutura dos filmes. Os filmes depositados em substratos de silício e tratados termicamente tendem a apresentar grande quantidade de trincas. Este fato se deve a incompatibilidade térmica entre filme e substrato, ocasionada pela grande diferença dos respectivos coeficientes de expansão térmica. Os filmes depositados sobre substratos de 8ZEI, além de apresentar maior uniformidade, se mostraram mais aderentes ao substrato. A análise das estruturas cristalográficas dos filmes de LSM tratados termicamente comprova a formação da fase cristalina referente à estrutura da perovskita. Resumo em inglês Lanthanum manganite films doped with strontium (LSM) were deposited by spray-pyrolysis on p-type monocrystalline silicon (100) and yttria stabilized zirconia (YSZ) 8mol% substrates, aiming their application as cathode in solid oxide fuel cells (SOFC). The films were heat treated in air at 900 or 1000ºC for two hours and the structural and morphological properties were investigated using X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The results obtained (mais) by SEM revealed that the substrate type has great influence on the film microstructure. SEM images of the heat-treated films deposited on silicon substrates tend to present a great amount of cracks. This result is related with the thermal incompatibility between film and substrate, caused by the great difference of the respective thermal expansion coefficients. For films deposited on YSZ substrates better uniformity and adherence were observed. X-ray diffraction patterns of the thermal treated films revealed peaks corresponding to the perovskite structure.

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Influência de M/C (M = Mo, Cu, Fe e W) incorporado à camada difusora do eletrodo de difusão de gás frente à reação de oxidação de hidrogênio na presença de CO/ The effect of M/C (M = Mo, Cu, Fe and W) in the diffusion layer of gas diffusion electrodes on the hydrogen oxidation reaction in the presence of carbon monoxide

Pereira, Luis Gustavo da Silva; Pereira, Maristela Elisabete; Ticianelli, Edson Antonio
2007-01-01

Resumo em inglês The performance of proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) with Pt-based anodes is drastically lowered when CO-containing hydrogen is used to feed the system, because of the strong adsorption of CO on platinum. In the present work the effects of the presence of a conversion layer of CO to CO2 composed by several M/C materials (where M = Mo, Cu, Fe and W) in gas diffusion anodes formed by Pt catalysts were investigated. The diffusion layers formed by Mo/C e W/C show go (mais) od CO-tolerance, and this was attributed to the CO removal by parallel occurrence of the water-gas shift reaction and the so-called bifunctional mechanism.

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Estudo do efeito de tratamentos térmicos em catalisadores de PtRu/C frente à reação de oxidação de hidrogênio na presença de CO/ Study of the effect of thermal treatments of PtRu/C catalysts on the hydrogen oxidation reaction in the presence of CO

Lopes, Pietro Papa; Ticianelli, Edson Antonio
2007-10-01

Resumo em inglês In this work the effects of time and temperature of thermal treatments under reducing atmosphere (H2) on PtRu/C catalysts for the hydrogen oxidation reaction (HOR) in the presence of CO on a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) single cells have been studied. It can be seen that the increase of the treatment temperature leads to an increasing sintering of the catalyst particles with reduction of the active area, although the catalyst treated at 550 ºC presents more CO tolerance for the HOR.

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Eletrólitos de céria dopada com Gd2O3 para pilhas a combustível de óxido sólido/ Gd2O3 doped ceria electrolytes for solid oxide fuel cells

Crochemore, G.B.; Souza, D.P.F.
2009-01-01

Resumo em português Este trabalho investigou a condutividade elétrica e a microestrutura de amostras com composições Ce1-xGd xO2-δ (x = 0, 5, 10 e 15%em mol) preparadas com CeO2 com 99,9% pureza. A sinterização de corpos de prova obtidos por prensagem isostática foi realizada ao ar a 1450 ºC por 2 e 10 horas de patamar e a 1500 ºC por 8 horas de patamar. Amostras sinterizadas foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de impedância entre 200- (mais) 600ºC e na faixa de freqüência 5Hz-13MHz. A sinterização ocorreu via fase líquida e amostras sinterizadas a 1450 °C com 10 h apresentaram densidade superior a 97 %. A maior condutividade elétrica do grão foi obtida para amostra contendo 10 mol Gd2O3 e sinterizada a 1500 °C - 8 h. A condutividade elétrica do contorno de grão apresentou aumento sistemático com o aumento do teor de Gd2O3 sendo que a composição CeGdO15 (com 15% de Gd2O3) sinterizada a 1450 °C - 10 h apresentou a maior condutividade total. Resumo em inglês This study investigated the electrical conductivity and microstructure of samples with compositions Ce1-xGd xO2-δ (x = 0, 5, 10 and 15% in mol) prepared with CeO2 with 99.9% purity. The sintering of the samples obtained by isostatic pressing was performed in air at 1450 for 2 and 10 hours soaking time and 1500 ºC for 8 hours of soaking time. Sintered samples were characterized by scanning electron microscopy and impedance spectroscopy between 200-600 ºC and the fre (mais) quency range was 5Hz-13MHz. The sintering occurred via liquid phase. The 1450 °C with 10 h sintered samples showed more than 97% density. The highest electrical conductivity of the grain was obtained for sample containing 10 mol Gd2O3 and sintered at 1500 °C - 8 h. The electrical conductivity of the grain boundaries has increased systematically with the Gd2O3 amount increasing. The composition CeGdO15 (15 mol % of Gd2O3) sintered at 1450 °C - 10 h had the highest total conductivity.

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Eletrocatálise e poluição ambiental/ Electrocatalysis and environmental pollution

Gonzalez, Ernesto R.
2000-04-01

Resumo em inglês This work considers mainly the problem of environmental pollution due to the production of energy by burning fossil fuels, particularly in urban vehicles. Electrochemical energy conversion is proposed as a partial solution to this problem, through the use of hydrogen in fuel cells. In both the production of hydrogen by electrolysis and in the electrochemical processes in fuel cells, the key factor is electrocatalysis. The concept of electrocatalysis, the production of catalysts and supported catalysts and their use in practical systems for the conversion of energy is discussed.

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