Condutores de íons oxigênio: uma breve revisão

Abstract

INTRODUÇÃOCondutores de íons oxigênio formam uma classe de materiais funcionais com aplicações tecnológicas em diversas áreas incluindo sensores de espécies químicas, bombas de oxigênio, membranas permeáveis ao oxigênio e células a combustível para produção de energia [1][2][3]. Para essas aplicações, uma de suas propriedades mais importantes é a condutividade elétrica, que é influenciada por fatores, como pureza dos materiais de partida e parâmetros de processamento tais como introdução de aditivos, moagem e tratamentos térmicos (calcinação, sinterização e envelhecimento), que definem a microestrutura do material sinterizado.Idealmente um eletrólito sólido é condutor de uma única espécie química e um isolante eletrônico. Isto significa que a concentração de defeitos iônicos deve ser muito superior à de defeitos eletrônicos.A dependência da condutividade elétrica com a temperatura é expressa por uma equação do tipo Arrhenius:(A) na qual s o , E, k e T são, respectivamente, o fator pré-exponencial da condutividade, a energia de ativação do processo de condução, a constante de Boltzmann e a temperatura absoluta.Para a grande maioria dos condutores de íons oxigênio a condução se dá por meio de sucessivos saltos dos íons oxigênio em posições vacantes na estrutura cristalina. Assim, um dos parâmetros mais importantes para a obtenção de alta condutividade é a concentração de vacâncias de oxigênio. Estas podem ser nativas (condutores intrínsecos) ou podem ser introduzidas por meio de substituições parciais convenientes (condutores extrínsecos).Nos condutores intrínsecos as vacâncias de oxigênio se encontram ordenadas na estrutura cristalina a baixas temperaturas e, portanto, são praticamente imóveis. Nesse caso, a condutividade iônica intrínseca é baixa a temperaturas não muito elevadas. Porém, com o aumento da temperatura, as vacâncias adquirem mobilidade suficiente para passar para um estado desordenado na sub-rede aniônica. Essa transição do estado ordenado para desordenado se dá por meio de uma transformação estrutural de fase, sendo que a fase de alta temperatura e alta condutividade é também a de mais alta simetria cristalina. Dessa forma, as aplicações de um condutor intrínseco estão primariamente relacionadas com a temperatura de transição de fase, com a estabilidade da fase estrutural responsável pela alta condutividade para o íon oxigênio, e com a magnitude relativa da condução iônica a uma temperatura específica.Os condutores extrínsecos são aqueles nos quais as vacâncias aniônicas são geradas por meio da substituição ResumoSão descritas e comparadas as principais características relacionadas com as propriedades de transporte de alguns condutores de íons oxigênio. Os materiais abordados compreendem as soluções sólidas à base de zircônia e de céria, compostos com estrutura pirocloro e perovsquita, além das duas famílias de condutores iônicos conhecidos mais recentemente: aqueles com estrutura da apatita e os derivados do La 2 Mo 2 O 9 . São enfatizados resultados mais recentes da literatura e o principal obje...

Sinterização flash do condutor catiônico beta-alumina sintetizada pelo método dos precursores poliméricos.

“…Sabe-se que a zircônia estabilizada por ítria (Y) é majoritariamente (99%) um condutor de íons 2− (ou vacâncias), porém a sua condutividade iônica é independente da pressão parcial (PO 2 ) de oxigênio e sim da concentração do dopante [106].…”

Preparação de catalisadores de reforma de glicerol para células a combustível de eletrólito sólido

“…O Ni é preferido porque além do baixo custo possui boas propriedades elétricas, mecânicas e catalíticas (MINH, 1993;LEE, 2003). No entanto, compósitos à base de Ni apresentam problemas relacionados à baixa tolerância ao enxofre, à ocorrência de degradação após longos períodos de operação, baixa compatibilidade do coeficiente de expansão térmica com o do eletrólito devido à alta concentração da fase metálica e, principalmente, à deposição de carbono na superfície do metal, quando do uso de hidrocarbonetos como combustível, que pode levar a destruição do anodo (DE FLORIO, 2004apud DEES, 1987 No estágio atual, os condutores mistos à base de céria dopada são uma classe de materiais de grande potencial para anodo de célula a combustível de óxido sólido, principalmente por possibilitar a diminuição da temperatura de operação do sistema (DE FLORIO 2004;SUN, 2007;MUCCILLO, 2008 2004). A compreensão dos mecanismos envolvidos nas reações de superfície que ocorrem nos contornos de fase tripla do anodo será importante para os futuros avanços nesta área.…”

“…O Ni é preferido porque além do baixo custo possui boas propriedades elétricas, mecânicas e catalíticas (MINH, 1993;LEE, 2003 No estágio atual, os condutores mistos à base de céria dopada são uma classe de materiais de grande potencial para anodo de célula a combustível de óxido sólido, principalmente pela maior condutividade que os eletrólitos convencionais a base de zircônia e por possibilitar a diminuição da temperatura de operação do sistema (DE FLORIO 2004;SUN, 2007;MUCCILLO, 2008). A condução mista permite a transferência dos íons oxigênio do eletrólito para a superfície catalítica e a transferência de carga no contorno de fase tripla DE FLORIO, 2003;SUN, 2007 …”

Desenvolvimento de ZrO₂/Al₂O₃ e ZrO₂/Al₂O₃-NbC usando sinterização convencional e não convencional

“…A redução desse efeito pode ser obtida com a utilização de eletrodos planos, em contato direto com a superfície da amostra. No entanto, outros fatores também podem causar uma Os íons que migraram para o eletrodo positivo recebem elétrons e voltam ao estado de oxigênio gasoso(MUCCILLO, 2008;MUCCILLO, KLEITZ, MUCCILLO, 2011;YU et al, 2017).…”