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Teses de Doutorado Defendidas: 2012

Filmes Cerâmicos à base de La0,7Sr0,3MnO3 depositados em ligas de Fe-Cr aplicadas como interconector de Célula a Combustível de Óxido Sólido.

Autor: Leandro da Conceição.
Orientadora: Mariana de Mattos Vieira Mello Souza.

Resumo

A redução da temperatura de operação de células a combustível de óxido sólido (SOFC - Solid Oxide Fuel Cell) de 1000°C para menos de 800°C permite o uso de interconectores metálicos em um sistema do tipo SOFC planar. Os interconectores metálicos têm muitas vantagens, incluindo maior condutividade térmica e elétrica, boa resistência mecânica e baixo custo de fabricação. Os aços inoxidáveis ferríticos são os materiais mais promissores para aplicação como interconectores de SOFC.

Filmes porosos de La0.7Sr0.3MnO3-δ (LSM) foram depositados pelo método sol-gel acoplado ao processo dip-coating em diferentes ligas de aços inoxidáveis ferríticos (SS - Stainless Steels) (430: 16,0% Cr-; 439: Cr-16,6%; 444: Cr-17,3%) com diferentes concentrações de cromo.

A estrutura e a morfologia das amostras foram examinadas usando Difração de RaiosX (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS). A resistência específica por área (ASR - Area Specific Resistance) dos substratos e dos filmes foi medida durante a oxidação em ar a 800°C por 200 h usando o método DC duas pontas quatro fios. Valores de ASR inferiores a 10 mΩ.cm² foram registrados após 200 h de oxidação para as amostras SS439 e SS444. Este resultado é provavelmente devido ao maior conteúdo de Cr e de elementos tipo Ti, Nb e Mo utilizados para estabilizar a liga contra a corrosão.

Revestimentos de LSM (empregado como catodo de SOFC) proporcionaram uma maior estabilidade da liga em alta temperatura e favoreceram a formação de uma camada interfacial do espinélio (Cr, Mn)3O4 impedindo o crescimento da camada óxida de Cr2O3. Para a liga revestida com duas camadas de LSM, uma degradação na interface externa foi observada.

A eficácia da camada de LSM como um revestimento de proteção depende da estabilidade do filme e da sua adesão sobre o substrato. A liga SS444 revestida com o filme de LSM é uma candidata promissora para a aplicação como interconector de SOFC em torno de 800°C por 200 horas em ar, porém, testes mais prolongados de oxidação são necessários para garantir sua aplicabilidade.