Author(s):
Rondão, Ana Inês Batista Lourenço 
Date: 2011
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/7289
Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Subject(s): Engenharia de materiais; Pilhas de combustível; Electrólitos; Materiais compósitos; Condutividade eléctrica; Transporte iónico
Description
O trabalho apresentado nesta dissertação consiste no estudo do papel de
diferentes iões no transporte de carga em electrólitos compósitos constituídos
à base de céria (dopada com gadolínio) e carbonatos de metais alcalinos (de
Na e Li), normalmente identificados como condutores mistos por iões
carbonato, óxido e protões.
Preparou-se um conjunto de electrólitos compósitos por processamento
mecânico (moagem) e térmico (sinterização), variando também a fracção
volúmica e a natureza do óxido cerâmico. Os vários electrólitos compósitos
foram posteriormente estudados por espectroscopia de impedância em
diferentes condições de operação. Pretendeu-se assim estabelecer
correlações entre a composição e o comportamento eléctrico dos compósitos
em função da temperatura e composição da fase gasosa, para tentar
compreender o papel das diferentes espécies com influência na condutividade
global destes materiais.
Os principais resultados obtidos mostram um aumento acentuado da
condutividade dos compósitos em hidrogénio gasoso e uma perda na presença
de dióxido de carbono, propriedades sempre dominadas pelo comportamento
da fase carbonatos. Assim, a interacção dos electrólitos compósitos com a
fase gasosa sugeriu a existência de importantes alterações na fase
carbonatos, incluindo a formação de novas espécies iónicas, com impacto nas
respectivas propriedades de transporte.
Com o objectivo de identificar a formação destas novas espécies, procedeu-se
à caracterização estrutural de compósitos sujeitos a ensaios de recozimento
em distintas atmosferas gasosas, recorrendo às técnicas de difracção de raios-
X e espectroscopia de infra-vermelho. Estas análises revelaram a presença de
espécies hidrogenadas nos compósitos expostos a hidrogénio gasoso, que
podem ser responsáveis pelo aumento da condutividade observada por
espectroscopia de impedância. Já a perda de condutividade na presença de
dióxido de carbono poderá estar associada à formação de novas espécies no
fundido, envolvendo os iões carbonato e reduzindo a respectiva concentração
e mobilidade. Contudo, não foi possível confirmar esta hipótese por via
experimental. The goal of this dissertation is to study the role of different ions on the charge
transport properties of ceria-based (gadolinium-doped) composite electrolytes,
including alkaline (Na and Li) metal carbonates, materials usually described as
mixed carbonate, oxide and protonic conductors.
Several composite electrolytes were prepared by subsequent milling and
sintering steps, also changing the volume fraction and the nature of the oxide
phase. Afterwards, these composites were studied by impedance spectroscopy
under different conditions aiming at the establishment of correlations between
composition and electrical properties under distinct temperature and gas phase
compositions, conditions relevant for the understanding of the role of various
species on the global conductivity of these materials.
The main results showed a clear effect of the gas phase composition on the
electrical transport properties of composites, leading to a sharp increase in
conductivity under hydrogen and some loss under carbon dioxide. The
interaction between composites and gas phase suggested significant changes
in the electrolyte, governed by the dominant performance of the mixed
carbonate phase, including the formation of new charge carriers with intricate
impact on electrical properties.
To identify the potential nature and role of new charge carriers on electrical
transport properties, composites previously exposed to different atmospheres
were characterized by X-ray diffraction and infrared spectroscopy. These
results revealed the presence of hydrogenated species for composites exposed
to hydrogen, which might explain the observed increase in conductivity.
Differently, the conductivity loss in the presence of carbon dioxide suggests the
formation of new species involving the carbonate ions, decreasing their
concentration and mobility, but experimental results were unable to confirm this
hypothesis. Mestrado em Engenharia de Materiais
Document Type
Master Thesis
Language
Portuguese
Advisor(s)
Marques, Fernando Manuel Bico; Figueiredo, Filipe Miguel Henriques Lebre Ramos
