Desenvolvimento de protótipo de células a combustível do tipo óxido sólido com reforma direta

Abstract

RESUMOCatalisador a base de níquel e cobalto e suportado em zircônia estabilizada por ítria (YSZ) foi desenvolvido, caracterizado e utilizado para a produção de hidrogênio a partir de etanol. O teor de metal do catalisador foi em torno de 35% em massa, apresentando boa atividade a partir de 400ºC. Esse catalisador foi testado na reforma a vapor do etanol na presença de baixo teor de água, condição semelhante à operação da PaCOS. O catalisador produzido foi utilizado como anodo de células a combustível do tipo PaCOS, com protótipo desenvolvido nesse trabalho; as estruturas anodo/eletrólito/catodo (A/E/C) foram caracterizadas por MEV. A PaCOS foi operada com hidrogênio, metano e etanol, mostrando bom desempenho com este último combustível. A mistura de etanol e metano também foi testada, apresentando resultados promissores para a produção de energia elétrica.Palavras chaves: PaCOS, etanol, YSZ, níquel, cobalto, reforma a vapor. Prototype Development of Solid Oxide Fuel Cells with Direct Reformation ABSTRACTCatalyst based on nickel and cobalt, supported on zirconia stabilized with ytria (YSZ) was developed, characterized and used for the hydrogen production from ethanol. The catalyst had metal contents of c.a. 35% in weight and presented high activity above 400ºC. This catalyst was tested in ethanol steam reform at very low water concentration, condition similar to that of SOFC operation. The developed catalyst was also used as anode of a unitary solid oxide fuel cell (SOFC); the SOFC unitary cell was developed and manufactured in this work. The anode/electrolyte/cathode structure was characterized by SEM. The SOFC was operated with hydrogen, methane or ethanol and showed good performance with the latter fuel. The ethanol and methane mixture was also tested and presented very promising results for the production of electrical energy.Keywords: SOFC, ethanol, YSZ, nickel, cobalt, steam reforming. INTRODUÇÃOAs células a combustível são os dispositivos alternativos mais eficientes e para a geração de "limpa" de eletricidade. Entre os vários modelos, a célula a combustível do tipo óxido sólido (PaCOS) atrai especial interesse [1]. A alta temperatura de operação da PaCOS (acima de 650ºC) permite reformar diretamente o combustível no anodo e oferece elevada flexibilidade na escolha do combustível. Várias opções de combustível, tais como gás natural e etanol, são consideradas exeqüíveis para a operação da PaCOS, oferecendo uma dimensão ecológica significativa no problema da conversão eficaz da energia. Um diferencial do etanol é a possibilidade de sua produção por biomassa. Assim, o etanol pode ser considerado uma alternativa economicamente atraente como fonte de energia verde, apresentando baixas emissões e uma combustão controlada, com impactos positivos tanto na economia como no ambiente. O sistema de reformador a vapor e PaCOS alimentado a etanol alcança eficiência teórica na faixa de 84 a 93%, operando entre 800 a 1200 K [2, 3]. No Brasil, por causa da produção elevada do etanol, há um forte interesse no desenvolvimen...

Estudio de la estructura y las propiedades mecánicas en un recubrimiento de circona estabilizada con 8% en mol de itria elaborado por proyección térmica por plasma a partir de suspensiones

“…En particular, estos recubrimientos son usados como una capa superior en sistemas que actúan como barreras térmicas gracias a su alta estabilidad química, baja conductividad térmica y alta tenacidad [1][2][3][4][5]. También, los recubrimientos de YSZ son utilizados en pilas de combustible de óxido sólido (conocido en inglés como SOFC), los cuales son dispositivos electroquímicos que convierten la energía química en eléctrica y en especial la capa de YSZ funciona como electrolito [6].…”

“…Sin embargo, la cantidad de artículos que tratan el estudio de la técnica de nanoindentación para caracterizar capas de SPS es muy escasa [3][4][5][6]8]. De los más importantes, Wang et al [13] y Pawłowski et al [14] han investigado la estructura y las propiedades mecánicas por indentación de un recubrimiento de YSZ obtenido por SPS a partir de un polvo nanoestructurado.…”

A utilização de etanol em célula a combustível de óxido sólido

“…A presença de pequenas quantidades de H 2 O (líquido) no metanol (por exemplo, 2,6% em volume de uma SOFC operando a 800 °C) deve ser suficiente para suprimir a formação de carbono em equilíbrio. 22,28 Quando a célula foi alimentada com etanol, obteve-se tensão em circuito aberto de 0,85 V, a 900 °C. A potência máxima obtida foi relativamente baixa, em torno de 5 mW/cm 2 a 950 °C, devido possivelmente à elevada espessura do eletrólito (0,5 mm).…”

“…Devido à elevada temperatura de operação (500-1000 o C), a SOFC oferece grande flexibilidade no uso de combustíveis, podendo tanto usar hidrogênio quanto gás natural e derivados de biomassa, 21 como o bioetanol. 22 No caso do uso de gás natural ou bioetanol, pode-se fazer tanto o processo de reforma prévia do combustível (transformação prévia do combustível em hidrogênio) como alimentá-lo diretamente na célula. O uso de etanol em SOFCs é muito relevante para o Brasil, em função do programa nacional de bioetanol, com uma rede de distribuição bem consolidada.…”

Prototipagem rápida de pilhas a combustível de óxido sólido

“…Comparativamente às células a combustível de baixa temperatura, em particular às com base em polímeros, as células ou pilhas a combustível de óxido sólido (PaCOS) operam a temperaturas mais altas, sem a necessidade de catalisadores mais caros, e podem fazer uso de combustíveis alternativos como gás natural e etanol [7].…”