Ceramic Fuel Cells

Abstract

A ceramic fuel cell is an all solid-state energy conversion device that produces electricity by electrochemically combining fuel and oxidant gases across an ionic conducting oxide. Current ceramic fuel cells use an oxygen-ion conductor or a proton conductor as the electrolyte and operate at high temperatures ( >6OO0C). Ceramic fuel cells, commonly referred to as solid-oxide fuel cells (SOFCs), are presently under development for a variety of power generation applications. This paper reviews the science and technology of ceramic fuel cells and discusses the critical issues posed by the development of this type of fuel cell. The emphasis is given to the discussion of component materials (especially, ZrO, electrolyte, nickel/ZrO, cermet anode, LaMnO, cathode, and LaCrO, interconnect), gas reactions at the electrodes, stack designs, and processing techniques used in the fabrication of required ceramic structures.

Cromito de lantânio: material para interconectores de células a combustível de óxido sólido - uma revisão

“…[2,3]. Trabalhos existentes [4] sugerem que esta estrutura permanece estável até a temperatura aproximada de 1800 °C, onde ocorre a transformação da estrutura romboédrica para a cúbica (Pm-3m) [5,6]. Como as estruturas perovskitas permitem uma gama considerável de possíveis substituições de seus cátions, para o LaCrO 3 há vários estudos com os mais diversos elementos adicionados em sua estrutura.…”

“…Em geral, o componente utilizado como valor de referência para as SOFC é a 8YSZ (eletrólito) que possui coeficiente de expansão térmica em torno de 10,5 x 10 -6 ºC -1 [5,24].fica submetido em operação é o peso da estrutura, que depende da geometria da célula considerada. Quando dopado com Mg, apresenta resistência mecânica em alta temperatura superior (~ 140 MPa a 1000 °C) aos valores encontrados quando dopado com Ca e Sr (~ 60 MPa e ~ 30 MPa a 1000 °C, respectivamente).…”

“…Em células a combustível (CaC) de geometria plana, o interconector também pode atuar como suporte para dar estabilidade mecânica ao empilhamento de células (stack) [5,24,67].…”

“…O LaCrO 3 é atualmente o material existente mais indicado como interconector nas SOFCs e quando dopado, cumpre a maioria de seus requisitos, que são: ter estabilidade em ambientes redutores (ânodo) e oxidantes (cátodo), suportando pressões parciais de oxigênio de 10 -18 a 10 -0.7 atm [66,[86][87][88], possuir condutividade elétrica de no mínimo 1 S.cm -1 [5] e ter valor de coeficiente de expansão térmica (CET) bastante próximo aos dos outros componentes da SOFC (9,5 x 10 -6 ºC -1 ) na temperatura de operação (>800 ºC) [5,23,66,86,[88][89][90].…”

“…[2,3]. Trabalhos existentes [4] sugerem que esta estrutura permanece estável até a temperatura aproximada de 1800 °C, onde ocorre a transformação da estrutura romboédrica para a cúbica (Pm-3m) [5,6] ) é um material cerâmico sintético, que apresenta como principais características boa condutividade elétrica em altas temperaturas (> 800 °C), estabilidade química e física em atmosferas oxidantes e redutoras e, significativa atividade catalítica quando na forma de pós. Estas características o tornam atrativo para diversas aplicações de interesse tecnológico, como catalisadores, resistências para fornos de alta temperatura e geração de energia elétrica, sendo que nesse campo é potencialmente o material mais adequado para utilização como interconector em células a combustível de óxido sólido (Solid Oxide Fuel Cell -SOFC).…”