Densificação, tamanho de grãos e condutividade elétrica da céria-samária

Abstract

INTRODUÇÃOSoluções sólidas de céria contendo terras raras, principalmente gadolínio e samário, têm sido muito estudadas nos últimos anos para aplicação em células a combustível de óxido sólido (SOFC), tanto como eletrólito sólido como componente de eletrodos. Essas soluções sólidas apresentam alta condutividade iônica a temperaturas intermediárias (500 a 750 ºC) possibilitando reduzir a temperatura de operação, e resultando em redução do custo deste dispositivo [1].A ceria-samária é um dos principais candidatos para uso como eletrólito sólido em SOFC devido sua Densifi cação, tamanho de grãos e condutividade elétrica da céria-samária (Densifi cation, grain size and electrical conductivity of samaria-doped ceria)Resumo A céria contendo 20% mol samária é um eletrólito sólido proposto para uso em células a combustível de óxido sólido que operam em temperaturas intermediárias (~500 a 700 ºC), devido sua alta condutividade iônica. Um dos fatores limitantes para isto é sua relativamente baixa sinterabilidade. Neste trabalho foram utilizados dois métodos alternativos de sinterização com a fi nalidade de obter amostras densas, microestrutura homogênea e tamanho de grãos controlado. Outro objetivo foi relacionar os efeitos observados na microestrutura e na densifi cação com a condutividade elétrica das amostras sinterizadas. Para isto foi utilizada a Ce 0,8 Sm 0,2 O 1,9 comercial, conformada uniaxial e isostaticamente, e sinterizada ao ar. As amostras sinterizadas foram analisadas por diversas técnicas. Resultados de medidas da densidade aparente revelaram que ambos os métodos são efi cazes para a obtenção de cerâmicas com densidade relativa superior a 92%. A condutividade elétrica dos grãos e dos contornos de grão são também similares nas diversas amostras estudadas, apesar dos tamanhos dos grãos serem diferentes. Palavras-chave: densifi cação, tamanho de grão, condutividade elétrica, céria-samária. AbstractCeria containing 20 mol% samaria is a solid electrolyte with potential application in solid oxide fuel cells operating at intermediate temperatures (~500 to 700 ºC) due to its high ionic conductivity. One of the main concerns related to this solid electrolyte is the relatively low sinterability. In this work, two alternative sintering methods were used to obtain ceramic samples with high density, homogeneous microstructure and controlled grain size. Other purpose of this work was to correlate the observed effects in the microstructure and densifi cation with the electrical conductivity of sintered samples. Commercial Ce 0.8 Sm 0.2 O 1.9 was used as starting material. The consolidation was accomplished by uniaxial and isopressing followed by sintering in air. Several techniques were used for sample characterization. Apparent density results revealed that both sintering methods were able to produce samples with relative density higher than 92%. The electrical conductivity of grains and grain boundaries were similar in these samples, although different grain sizes were obtained.