Síntese e caracterização de electrólitos compósitos baseados em céria

Abstract

Este trabalho incide na síntese e caracterização de electrólitos compósitos baseados em céria (CGO-Ce0,9Gd0,1O2-δ), envolvendo uma segunda fase constituída por misturas de carbonatos alcalinos (Li2CO3 e Na2CO3). Para além do efeito da composição do compósito, o estudo é baseado numa análise do efeito do processamento, com destaque para o papel do pré-tratamento dos carbonatos, e do efeito da área interfacial óxido/carbonatos nas propriedades de transporte dos compósitos. Uma alternativa proposta neste trabalho consiste em utilizar uma via de reacção no estado sólido diferente do método cerâmico convencional, baseada em moagem de alta energia, com o objectivo de possibilitar a redução de granulometria das fases envolvidas mas também de promover uma substancial interacção química entre elas, a baixa temperatura. Pretende-se assim desenvolver o conhecimento existente sobre as novas características destes materiais relativamente aos electrólitos convencionais recorrendo principalmente a uma caracterização estrutural, por difracção de raios X, microestrutural por microscopia electrónica de varrimento (estabelecendo correlações com alterações do comportamento eléctrico) e a uma caracterização eléctrica, envolvendo um estudo detalhado por espectroscopia de impedância. Os resultados obtidos com estas técnicas demonstram o potencial da mecanossíntese como etapa importante no processamento destes electrólitos, nomeadamente na obtenção de pós de granulometria inferior e na formação do carbonato misto, NaLiCO3, a baixa temperatura. Os resultados obtidos sugerem que a composição em carbonatos possui um efeito pouco significativo nas propriedades estruturais e eléctricas destes compósitos. No entanto, a utilização de diferentes pré-tratamentos dos pós de CGO, permitiu a obtenção de partículas com tamanho de grão diferenciado, traduzindo-se em alterações na condutividade eléctrica e sugerindo uma influência aparente das regiões interfaciais nas propriedades de transporte dos electrólitos compósitos.

ABSTRACT: This work focuses on the synthesis and characterization of composite electrolytes based on ceria (CGO-Ce0,9Gd0,1O2-δ), involving a second phase consisting of mixtures of alkali carbonates (Li2CO3 and Na2CO3). Apart from the effect of composite composition, the study is based on an analysis of the effect of processing (with emphasis on the role of pre-treatment of carbonates) and the effect of the interfacial area oxide/carbonates in the transport properties of composites. An alternative proposed in this work is to use a solid state route different from the conventional ceramic method, based on high energy milling, in order to enable size reduction of the phases involved, and to promote a substantial chemical interaction between them, at low temperature. The aim is to develop the state of the art understanding about the new features of these materials when compared to conventional electrolytes, using structural characterization by X-ray diffraction, microstructural characterization by scanning electron microscopy (establishing correlations with changes in electrical behavior) and electrical characterization involving a detailed study by impedance spectroscopy. The results obtained with these techniques showed the potential of mechanosynthesis as an important processing step of these electrolytes, in particular to obtain powders of smaller sizes and to form NaLiCO3, at low temperature. Experimental data suggests that the composition of carbonates has no significant effect on the structural and electrical properties of these composites. However, the use of different pre-treatments of the CGO powders to obtain particles with different grain size, resulted in changes in electrical conductivity and suggested an apparent influence of interfacial regions in the transport properties of these composite electrolytes.