RESUMONo presente estudo são apresentados os desenvolvimentos de células suportadas pelo anodo usando os materiais convencionais, à base de zircônia estabilizada com ítria (ZEI) e NiO, e técnicas químicas de síntese e de deposição de camadas dos demais componentes: camada funcional, eletrólito e catodo. Os eletrodos foram sintetizados no Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) por técnicas químicas que garantem homogeneidade de fases e controle de distribuição de tamanho de partículas. Suspensões de ZEI foram desenvolvidas para a deposição por spin-coating (SC) com características que permitam a deposição de camadas do eletrólito com cerca de 10 µm de espessura em poucas etapas. Após as deposições, as meias células são co-sinterizadas em temperaturas na faixa de 1300-1500°C. A deposição de catodos à base de manganita de lantânio dopada com estrôncio (LSM) foi feita pela técnica de wet powder spray de suspensões à base de etanol. As propriedades eletroquímicas das Células a Combustível de Óxidos Sólidos (CCOSs) unitárias foram medidas na faixa de temperatura entre 600 e 800°C, usando hidrogênio umidificado (3 vol.%H 2 O) como combustível e ar como oxidante. Os principais resultados mostram que as camadas do eletrólito são homogêneas e estanques. As células exibiram voltagem de circuito aberto ~1 V e bom desempenho em temperaturas intermediárias, confirmando a boa qualidade dos eletrólitos produzidos por SC.Palavras chaves: suporte anodo, spin coating, deposição, eletrólito.
ABSTRACTThe present study shows the development of anode-supported solid oxide fuel cells (SOFC) using conventional yttria stabilized zirconia (YSZ) materials and wet chemistry techniques for both the synthesis and deposition of components. Electrodes have been synthesized at IPEN by using wet chemistry techniques, which result in controlled phase composition and homogeneous particle size distribution. Ceramic suspensions of YSZ were developed for their deposition by spin coating to attain ~10 µm thick layers with a reduced number of coating steps. Half-cells (anode support/electrolyte) are co-sintered in the 1300 -1500°C temperature range. Strontium-doped lanthanum manganite cathodes were deposited by wet powder spray of ethanol-based suspensions, followed by a heat treatment at 1200°C. The electrochemical properties of single SOFCs were measured in the 600-800°C temperature range, using humidified hydrogen (3 vol. % H 2 O) as fuel and air as the oxidant. The main results evidenced that electrolyte layers are dense and homogeneous, as inferred from scanning electron microscopy analysis. Single SOFCs showed open circuit voltage of ~1V and good performance at intermediate temperatures, further confirming the gas tightness and good quality of spin coated electrolyte layers.