Mechanochemistry of high temperature fuel cell materials

Abstract

Nos últimos anos, a mecanoquímica tem sido uma temática muito abordada na formação de materiais, motivada pelo grande interesse na preparação de nanopós. A sobressaturação estrutural de lacunas e a heterogeneidade química dos pós preparados por via mecanoquímica permitem melhoria na sinterabilidade, enquanto a elevada densidade dos agregados e a reduzido tamanho de cristalite produzem densidade em verde elevada. Estes fatores são extremamente atrativos na preparação de materiais cerâmicos óxidos densos, como é requerido na preparação de membranas eletroquímicas. Além disso, o processamento cerâmico por via mecanoquímica possibilita a síntese de novos materiais, que não conseguem ser sintetizados por outros métodos. Esta tese apresenta um estudo detalhado do processamento por via mecanoquímica de potenciais materiais de eletrólito e elétrodo para pilhas de combustível de óxido sólido de alta temperatura, e sua caracterização estrutural e eletroquímica. Por manipulação das variáveis do processo mecanoquímico pretende-se melhorar a capacidade de processamento e desenvolver novos materiais para aplicação em tecnologias de pilhas de combustível. A investigação foca-se, especificamente, no desenvolvimento de materiais de estrutura perovesquite à base de BaZrO3 e BaPrO3, com possíveis aplicações como condutores protónicos e condutores mistos, eletrónicos e protónicos, respetivamente.

In recent years, mechanochemistry has become an increasingly hot topic for the formation of materials, motivated by an explosion of interest in the preparation of nanopowders. The structural supersaturation by vacancies and chemical non-uniformity of mechanochemical powders promote enhanced sinterability, while the high density of aggregates and reduced crystallite density produce high green-densities. Such factors are highly attractive for preparation of dense ceramic oxide materials, as required for the formation of electrochemical-membranes. Additionally, mechanochemical ceramic processing may allow the synthesis of novel materials, which cannot be synthesized by other methods. In this thesis one offers a detailed study of mechanochemical processing for important potential electrolyte and electrode materials for high temperature solid oxide fuel cells and their subsequent structural and electrochemical characterisation. By mechanochemical manipulation one aims to improve the processing ability and to develop novel materials for fuel cell technologies. The research work is focused specifically on the development of perovskite materials based on BaZrO3 and BaPrO3, with potential applications as proton and mixed proton-electron conductors, respectively.