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Estudo da produção de suspensões aquosas para serigrafia de anodos para PaCOS e introdução de modificadores de superfície/ Studies on the production of aqueous ceramic suspensions for screen-printing SOFC anodes and the introduction of catalytic surface modifiers

Martins, Elaine Dias; Villalobos, Pedro Ricchini; Trindade, Gustavo Santiago; Miranda, Paulo Emílio V. de
2007-01-01

Resumo em português O presente trabalho tem como objetivo apresentar os resultados preliminares do desenvolvimento de suspensões cerâmicas aquosas para anodos de PaCOS. Estas suspensões foram utilizadas para a geração de eletrodos sobre eletrólitos planos de zircônia estabilizada com 8% mol de ítria (ZEI) em procedimentos compatíveis com a técnica de serigrafia, uma vez que a mesma leva a baixos custos de processamento e boas propriedades eletrocatalíticas dos componentes manufatu (mais) rados dessa forma. Tais suspensões foram produzidas partindo-se de pós cerâmicos adquiridos comercialmente. Juntamente com coadjuvantes orgânicos de interesse, esse material foi processado através de moagem de alta energia, resultando em uma massa precursora da suspensão que, na fase final do procedimento, é hidratada com água destilada gerando uma pasta pronta para a deposição no eletrólito e posterior processamento cerâmico de queima e sinterização. Foi também estudada a formulação para anodo contendo, na água de intumescimento do polímero, íons precursores de óxidos com atividade eletrocatalítica (íons zircônio IV e ítrio III), visando a geração de uma estrutura auxiliar de ZEI após o processamento cerâmico, como uma maneira de otimizar a microestrutura do filme poroso formado. A utilização de dois passos de processamento, o primeiro de moagem a seco dos pós e o segundo de adição de solvente para hidratação (água), leva a uma vantagem de armazenamento, uma vez que a mistura precursora da suspensão pode ser mantida por longos períodos de tempo. A manufatura da pilha unitária para testes foi concluída pela utilização de suspensão comercial de manganita de lantânio dopada com estrôncio, utilizada como catodo. Análises da morfologia dos eletrodos fabricados, através de microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura, demonstraram a obtenção de estrutura porosa adequada e sua adesão ao substrato e testes de desempenho eletroquímico dos dispositivos prontos, evidenciaram uma melhora no desempenho, uma vez que houve aprimoramento do processamento com adição dos modificadores de superfície. Resumo em inglês The present work has the objective of presenting the preliminary results of the development of aqueous ceramic suspensions for SOFC anodes. These suspensions had been used for the generation of electrodes on flat electrolytes of 8%mol yttria stabilized zirconia (YSZ) using procedures compatible with the screen-printing technique, since it results in low cost processing and good electrocatalytic properties of the components manufactured by this method. Such suspensions had (mais) been produced from commercial ceramic powders. Together with organic supporting of interest, This material, with addition of adequate organic supporting compounds, was processed in a high energy milling, resulting in a precursory mass of the suspension, which is hydrated with distilled water in the final phase of the procedure, generating a paste ready for deposition on the electrolyte and final ceramic processing of firing and sintering. The anode formulation was also studied containing, in the swelling water of the polymer, oxide precursory ions with electrocatalytic activity ( zirconium IV and yttrium III ions), aiming the generation of an auxiliary YSZ structure after the ceramic processing, as a way to optimize the microstructure of the porous film formed. The use of a two step process, the first one consisting of dry milling of the powders and the second one including the addition of solvent (water) for hydration, leads to an advantage concerning storage, since the precursory mixture of the suspension can be kept for long periods of time. The manufacture of the single cell for tests was completed with the use of a commercial LSM suspension, used as cathode. Morphology analyses of the manufactured electrodes, through optic and scanning electron microscopy, demonstrated the achievement of an adequate porous structure, and its adhesion to the substrate. Electrochemical performance tests of single cells evidenced performance enhancement, due to an improvement on the processing procedure by the addition of catalytic surface modifiers.

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Fabricação de suspensões cerâmicas para anodos de PaCOS suportadas pelo eletrólito/ Fabrication of ceramic suspensions for anodes of electrolyte supported SOFC

Trindade, Gustavo Santiago; Villalobos, Pedro Richinni; Miranda, Paulo Emílio Valadão de
2007-01-01

Resumo em português O presente trabalho tem como objetivo principal estudar e desenvolver um método de fabricação de suspensões cerâmicas para anodos de PaCOS para impressão sobre eletrólitos planos através de serigrafia, que é uma técnica simples e de fácil escalabilidade, além de ter baixo custo e resultar em boas propriedades eletrocatalíticas dos componentes assim processados. As suspensões cerâmicas para o anodo foram fabricadas com óxido de níquel preparado no laborat� (mais) �rio do GECAT na UFBA e com zircônia estabilizada com ítria (ZEI), céria dopada com gadolínio (CDG) e dispersante comerciais. Estas foram processadas em moinho planetário de bolas. Foram utilizados dois tipos de zircônia estabilizada com ítria para o anodo, uma com 4,3%mol de ítria e tamanho médio de partícula de 0,5 µm e outra com 9,3%mol de ítria e tamanho médio de partícula de 8 µm. Além disso, outra suspensão foi fabricada com YSZ com 9,3%mol de ítria fazendo-se uma adição de 5% em peso de GDC. Eletrólitos comerciais de zircônia estabilizada com 8%mol de ítria foram usados como suportes e para o catodo foi utilizada uma suspensão comercial de manganita de lantânio dopada com estrôncio (LSM) de estequiometria La0,8Sr0,2MnO3. As pilhas foram testadas a 950°C sob atmosfera de hidrogênio e de metano para se determinar o desempenho eletroquímico da pilha a combustível através dos gráficos de potencial e de densidade de potência em função da densidade de corrente. Análises de microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura para os eletrodos foram realizadas para se determinar a morfologia dos mesmos e a integridade após a utilização. Resumo em inglês The main objective of this paper is to study and develop a fabrication method of ceramic suspensions for anodes of SOFC that could be printed on plane electrolytes by screen-printing, which is a simple technique, and of easy scalability, as well as being a low cost method that produces components with good electrocatalytic properties. The ceramic suspensions for the anodes were manufactured with a nickel oxide prepared in the GECAT’s laboratory at UFBA, and with commerci (mais) al YSZ, GDC and dispersant, and were then processed in a planetary ball mill. Two kinds of YSZ were used for the anode, one with 4.3%mol of yttria and mean particle size of 0.5 µm and another with 9.3%mol of yttria and mean particle size of 8 µm. Besides, another suspension was fabricated with the 9,3%mol of yttria zirconia adding 5%wt of GDC. Commercial electrolytes of 8%mol YSZ were used as support and for the cathode a commercial ceramic suspension of LSM of stoichiometry La0,8Sr0,2MnO3 was used. The cells were tested at 950°C under hydrogen and methane atmospheres, so the electrochemical performance of the electrodes could be determined through graphics of potential and power density versus current density. Optical and scanning electron microscopy analyses were carried out to determine the morphology and the integrity after use of the electrodes.

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Eletrodos fabricados por "silk-screen"/ Screen-printed electrodes

Nascimento, Valberes B.; Angnes, Lúcio
1998-10-01

Resumo em inglês A review dealing with the use of screen-printing technology to manufacture disposable electrodes is presented, covering in details virtually all the publications in the area up to early 1997 and including 206 references. The elements and different strategies on constructing modified electrodes are highlighted. Commercial and Home-made ink recipes are discussed. Microelectrode arrays, built by the combination of photostructuring and screen-printing technologies to the mass production of advanced disposable sensors, are also discussed. Future research trends are predicted.

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