Novos materiais para geradores termoelétricos de recolha de calor à base de cobaltites de cálcio

Abstract

Os materiais termoelétricos têm a função de converter calor em energia elétrica. No atual contexto climático, estes materiais podem ser revolucionários no desenvolvimento da economia circular, o que os coloca num panorama das fontes de energia sustentáveis promissoras. A sua composição e estabilidade térmica são outros fatores que fazem desta tecnologia uma aplicação duradoura e eficaz, não gerando produtos secundários. Os resultados obtidos indicam claramente que esta via pode ser aplicada com sucesso para produzir cerâmicos termoelétricos de alta qualidade à base de Ca3Co4O9, com porosidade controlada e desempenho elétrico para aplicações de geração de energia pesada utilizando fontes de calor residual a altas temperaturas ricas em oxigénio. Este relatório apresenta os resultados experimentais de uma estratégia combinada envolvendo um método de processamento em 2 fases, utilizando 2 temperaturas e tempos de permanência diferentes (1200 °C durante 3 horas e 900 °C durante 12 horas) e atmosferas de oxigénio puro (e ar), e uma técnica de formação de poros utilizando partículas micrométricas de grafeno adicionadas (1 e 3 por cento de peso). Os pós precursores reactivos e homogéneos Ca3Co4O9 foram preparados através de um método Pechini modificado "química húmida" baseado em ácido cítrico e PEI (polietilenoimina), e as 3 composições diferentes foram sinterizadas em oxigénio e ar, seguindo um novo ciclo de 2 fases. 3 As análises combinadas DRX e MEV-EDS mostraram que todas as amostras sinterizadas em oxigénio (referências) são monofásicas, possuem densidades entre 4,4 – 4,6 g/cm3 e têm a morfologia e microestrutura típicas da fase Ca3Co4O9 (grãos semelhantes a placas de diferentes formas e tamanhos), enquanto todas as amostras sinterizadas no ar possuem densidades entre 4,3 - 4,5 g/cm3 , são compostas principalmente por Ca3Co4O9, que diminui com o aumento da quantidade de grafeno, e Ca3Co2O6. Estas amostras exibem morfologias e microestruturas típicas principalmente para a fase secundária do Ca3Co2O6. Em ambos os casos, a porosidade aumenta proporcionalmente com a quantidade de grafeno adicionado. Os valores mais elevados do factor de potência a 700 °C foram medidos para as amostras de referência Ca3Co4O9 sinterizados em oxigénio (620 μWm-1K-2) e amostras de Ca3Co4O9+3wt%Graphene sinterizadas no ar (220 μWm-1K-2), tendo os valores de densidade mais elevados (4,6 e 4,5 g/cm3 , respectivamente) entre todas as amostras. As medições de estabilidade temporal das propriedades eléctricas das amostras com a maior condutividade eléctrica a 700 °C (Ca3Co4O9 e, Ca3Co4O9 com 3% de grafeno sinterizados em oxigénio), demonstraram uma excelente estabilidade durante mais de 20 horas de funcionamento contínuo no ar, tanto a 500 e 700 °C, e mesmo uma tendência para valores mais elevados (para as amostras testadas a 700 °C).