A diminuição nos custos de fabricação das SOFC e também a flexibilização do combustível utilizado em seu abastecimento são obstáculos que, uma vez transpostos, podem possibilitar a utilização em larga escala das SOFC. A melhoria no desempenho dos componentes das SOFC pode fazer esse dispositivo trabalhar em temperaturas mais baixas, facilitando a operação do dispositivo e aumentando sua vida útil. Nesse sentido, é útil o desenvolvimento de métodos de fabricação simples e de baixo custo de componentes de SOFC, que atualmente são obtidos na forma de filmes finos cerâmicos. Assim, é proposto o desenvolvimento de uma nova técnica baseada na reação de combustão para síntese de pós e a aerografia, no intuito de, por via úmida, obter filmes finos porosos de composições cerâmicas. Foram realizadas deposições de manganitas de lantânio dopadas com estrôncio e cromo (LSM e LSCM) e óxido de cério dopado com lantânio (LCO) sobre substratos de zircônia estabilizada com ítria (YSZ) e de aço AISI 430, com o propósito de verificar a viabilidade do método de combustão de solução aspergida (CSA) proposto neste trabalho. Embora vários dos filmes fabricados tenham ficado descontínuos ou com uma quantidade excessiva de trincas, alguns resultados foram satisfatórios. Alguns filmes de LSM depositados sobre YSZ apresentaram tamanho de grão reduzido, da ordem de algumas dezenas de nanômetros, e uma porosidade fina e interconectada que levou o material a apresentar um bom desempenho eletroquímico, visando sua aplicação como cátodo de SOFC. A partir das suas propriedades eletroquímicas e, principalmente, pela energia de ativação dos processos do eletrodo, verificou-se que a microestrutura conferida pelo método de CSA proporcionou uma melhoria no desempenho da LSM. Os filmes de LSM obtidos nesse trabalho apresentaram energias de ativação inferiores a 1,26 eV, enquanto na literatura são encontrados valores mais altos para meia-células semelhantes. / Lowering fabrication costs of SOFC’s and also their fuel flexibility are obstacles that, once transposed, can make possible the mass utilization of such devices. The improvement on the performance of SOFC’s components can allow these devices to work in lower temperatures, facilitating their operation and increasing their lifespan. In this sense, is very useful the development of simple and cheap fabrication techniques of SOFC’s components, which are nowadays obtained in the form of thin ceramic films. Thus, the development of a new fabrication method is proposed, based on the solution combustion synthesis reaction and airbrush painting, in order to obtain, by a wet chemical route, thin and porous ceramic films. Depositions of strontium and cobalt doped lanthanum manganites (LSM and LSCM) and lanthanum doped cerium oxide (LCO) were carried out over yttria-stabilized zirconia (YSZ) and AISI 430 steel with the intent of verifying the viability of the Airbrushed Solution Combustion (ASC) method, proposed in this work. Although several films fabricated by ASC were discontinuous or excessively cracked, some results were satisfactory. Some LSM films deposited over YSZ showed reduced grain size, in the order of tens of nanometers, and a fine interconnected porosity, which led the material to present good electrochemical performance, aiming its application as a SOFC’s cathode. From their electrochemical properties and, mainly, through activation energy of the electrode processes, it was seeing that the microstructure acquired with the ASC method enhanced the overall performance of LSM. The LSM films obtained in this work showed activation energies below 1,26 eV, while in the literature the values are higher than this for similar half-cells.

O dióxido de cério (CeO2), pode apresentar condutividade iônica e eletrônica (condutor misto) em temperaturas relativamente baixas (considerando a faixa de trabalho 1000°C de uma SOFC). Esta característica torna este material promissor para uso em células a combustível de óxido sólido (SOFC ou CCOS) assim como em catalisadores. Vale destacar que em altas temperaturas o dióxido de cério puro é um mau condutor iônico, contudo pode-se obter um aumento significativo com a substituição estrutural do íon cério (Ce+4) por outro íon metálico de menor valência (La+3 e Ca+2). O estudo proposto consiste em sintetizar óxido de cério dopado com lantânio e cálcio com características microestruturais e elétricas adequadas para uso em uma CCOS. Utilizando o método de síntese de combustão foi estudado a influência que o excesso de combustível (sacarose) pode proporcionar nas características finais dos pós cerâmicos. A caracterização dos pós foi realizada pelas técnicas de raios-X (DRX), área superficial especifica (BET), análise termogravimétrica (TGA), Microscopia Eletrônica de: Varredura (MEV) e Transmissão (MET), Microscopia de Calefação (MC) e por fim a análise elétrica por meio da Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE). Os principais resultados mostraram que a técnica de síntese por combustão é um método eficiente para obtenção de pós nanoparticulados, bem dispersos e com elevada homogeneidade. Observou-se ainda que a troca do tipo de dopante assim como o teor de combustível utilizado na síntese interfere diretamente nas propriedades microestruturais, físicas e elétricas dos compostos finais a base de céria dopada. As amostras apresentaram comportamento condutor em baixas temperaturas (500°C) o que viabiliza sua utilização como catalizadores e também em CCOS após tratamentos térmicos em atmosferas adequadas para aplicação como eletrodos ou eletrólitos. Os resultados também demonstram que a céria dopada com cálcio tem características que se torna viável a substituição do lantânio para uso em uma CCOS. / The cerium dioxide (CeO2) has ionic and electronic conductivity (mixed conductor) properties at relatively low temperatures (considering a working range of 1000°C for a SOFC). These characteristics make this material appropriate for use as anode in solid oxide fuel cells (SOFC or CCOS). It should be mentioned that pure cerium dioxide is a bad ionic conductor in high temperatures, but we have a significant increase with the structural substitution of the cerium ion (Ce+4) by another metal ion of lower valence (in its crystalline lattice). The proposed study consisted in the synthesis of ceria oxide with lanthanum and/ or calcium with microstructural and electrical characteristics, suitable for use in a CCOS. Using the combustion synthesis, the influence of excess of fuel (sucrose) on the final characteristics of the ceramic powder has been analyzed. The characterization of the powders was realized using X-ray (XRD), specific surface area (BET), Thermogravimetric Analysis (TGA), Scanning Electron Microscopy (SEM), Electron Microscope Transmission (TEM), Microscope Heating (HSM) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). The main results showed that the combustion synthesis technique is an efficient method to obtain nanoparticulate and well dispersed powders with high homogeneity. It was observed that the exchange of the dopant type as well as the fuel content used in the synthesis interferes directly in the microstructural, physical and electrical properties of the final compounds of ceria doped. Therefore, the calcium doped ceria has interesting characteristics for use in a CCOS.

Submitted by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2016-02-23T12:20:27Z No. of bitstreams: 1 Querino, PS_Tese 2015.pdf: 3230336 bytes, checksum: 33c2944c706fd250987976f66a7aa14e (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2016-05-10T15:22:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Querino, PS_Tese 2015.pdf: 3230336 bytes, checksum: 33c2944c706fd250987976f66a7aa14e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-10T15:22:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Querino, PS_Tese 2015.pdf: 3230336 bytes, checksum: 33c2944c706fd250987976f66a7aa14e (MD5) / CNPq / O hidrogênio é um importante insumo das indústrias químicas e petroquímicas e vem sendo apontado como um promissor combustível pelo seu emprego em células combustíveis do tipo PEMFC. Isso tem aumentado o interesse pela sua produção e purificação. Neste contexto, foi estudado o efeito do teor de cério e zircônio nas propriedades dos catalisadores baseados em cobre, visando a desenvolver catalisadores mesoporosos para a reação de oxidação preferencial do monóxido de carbono (PROX), uma importante etapa na produção comercial de hidrogênio de alta pureza. A reação visa à remoção de monóxido de carbono (proveniente da reforma a vapor de hidrocarbonetos), que atua como veneno na maioria dos catalisadores metálicos. Os suportes foram obtidos por técnicas de co-precipitação e teve como agente direcionador de poros o brometo de cetiltrimetilamônio e impregnados com o precursor de cobre (2 % p/p). As amostras foram caracterizadas por difração de raios X, análise textural a partir de dados de adsorção/dessorção de nitrogênio, espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia Raman e redução termoprogramada. Os suportes preparados apresentaram propriedades mesoporosas, com isoterma do tipo IV. A distribuição média do tamanho de poros dos suportes ficou em torno de 4 a 10 nm. Observou-se pelas micrografias um aspecto esponjoso característico de materiais mesoporosos, a adição de pequenas quantidades de cério (CZ15), ao catalisador de cobre suportado em zircônia, não estabilizou a fase tetragonal desse óxido; nos sólidos com teores mais elevados de cério (CZ85 e CZ50), a fase tetragonal coexistiu com a fase cúbica do óxido de cério. A área superficial específica dos sólidos diminuiu devido à presença de cério e/ou zircônio, independente do seu teor, porém na presença de cobre não foi observado alteração nos valores da área superficial especifica. A redução das espécies Ce4+ foi afetada pela presença de zircônio e de cobre. Todos os suportes e catalisadores preparados serão analisados na reação de oxidação preferencial do monóxido de carbono. O catalisador com razão 2CZ85 apresentou o maior valor de área superficial especifica, sendo promissor para aplicações em células a combustível do tipo PEMFC / Hydrogen is an important raw material for chemical and petrochemical industries and has been touted as a promising fuel for its use in fuel cells PEMFC type. This has increased interest in the production and purification. In this context, the effect of cerium and zirconium content in the properties of catalysts based on copper was studied aiming to develop mesoporous catalysts for the preferential oxidation reaction of carbon monoxide (PROX), an important step in the commercial production of high hydrogen purity. The reaction aims to carbon monoxide removal (from the hydrocarbon steam reforming), which acts as poison in most metal catalysts. The supports were obtained by co- precipitation techniques and scored as directing agent from the pores and cetyltrimethylammonium bromide impregnated with copper precursor (2% w / w). The samples were characterized by X-ray diffraction, textural analysis from data of adsorption / nitrogen desorption spectroscopy in the infrared Fourier transform spectroscopy, scanning electron microscopy, Raman spectroscopy and termoprogramada reduction. The media had prepared mesoporous properties, with type IV isotherm. The average pore size distribution of the supports was around 4 to 10 nm. It was observed by a characteristic spongy micrographs of mesoporous materials, the addition of small amounts of cerium (CZ15), copper catalyst supported on zirconium, not stabilized tetragonal phase of oxide; the solids with higher concentrations of cerium (CZ85 and CZ50) tetragonal phase to cubic phase coexisted with cerium oxide. The specific surface area of solids decreased due to the presence of cerium and / or zirconium, regardless of its contents, but in the presence of copper was not observed change in values of specific surface area. Reducing Ce4 + species was affected by the presence of zirconium and copper. All brackets and prepared catalysts will be analyzed in preferential oxidation reaction of carbon monoxide. The catalyst rightly 2CZ85 had the highest surface area value specifies, being promising for applications in the type PEMFC fuel cells.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:36:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6018.pdf: 3012606 bytes, checksum: 9ae3e289d5f93c0bcdb9dc90e59c2bc8 (MD5) Previous issue date: 2014-02-25 / Universidade Federal de Sao Carlos / New alternatives to the use of polymeric membranes as solid electrolyte in fuel cells have been considered , in order to find solutions to recurrent obstacles that limit the performance of these cells, the dependence of the ionic transport due to the water content of the membrane and low thermal stability of the current polymers used . In this investigation, we sought an alternative, by studying the incorporation of imidazolium salts into polycarbonate (PC) matrix and the subsequent formation of membranes via casting. Characterizations that aimed to establish structure-property correlations by FTIR, DSC, TGA, DMTA, Water Vapor Permeation (WVT), Sorption and Desorption and Methanol Permeation were performed. The results indicated that the presence of different ionic liquids (IL) into the PC matrix significantly alter the structural and membrane transport characteristics analyzed. / Novas alternativas ao uso de membranas poliméricas como eletrólito sólido em células a combustível têm sido buscadas, visando encontrar soluções a recorrentes empecilhos que limitam o desempenho dessas células, como a dependência do transporte iônico em função do teor de umidade da membrana e a baixa estabilidade térmica dos atuais polímeros utilizados. Nesta investigação, buscou-se uma alternativa, estudando-se a incorporação de sais de imidazolina em matriz de policarbonato (PC) e a subsequente formação de membranas via casting. Caracterizações que visaram estabelecer correlações estrutura-propriedades foram realizadas através FTIR, DSC, TGA, DMTA, permeação ao vapor de água (WVT), Sorção e Dessorção e Permação ao Metanol. Os resultados indicaram que a presença dos diferentes líquidos iônicos (LI) na matriz de PC altera significativamente as características estruturais e de transporte nas membranas analisadas.

Orientador: Carlos Alberto Canesin / Banca: Fabio Toshiaki Wakabayashi / Banca: Luiz Carlos de Freitas / Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento e implementação de um emulador para a característica estática de saída (Tensão versus Corrente) equivalente àquela de fontes de energia com células combustível. O emulador apresenta como vantagens, em relação à aquisição de uma FC, o baixo custo, o reduzido espaço físico e a flexibilidade via software para a implementação de diversas características baseadas em diferentes tipos de células combustível. Neste sentido, o emulador proposto permite a realização de ensaios preliminares durante a fase de projeto e os testes dinâmicos dos subsistemas de condicionamento de energia, sem a necessidade do acoplamento com o sistema de geração à células combustível, reduzindo-se os custos associados a estes testes laboratoriais. O emulador proposto consiste em um conversor Buck isolado "Full-Bridge", com potência de saída de 2kW e alimentação via barramento de 400VCC, permitindo a emulação da característica nominal de saída de um conjunto de células tipo PEM ("Proton Exchange Membrane" - Membrana de Troca Protônica), em uma faixa de tensão de saída variando entre 32VCC e 72VCC, dependendo da corrente drenada pela carga. O circuito principal de controle é realizado através... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work presents a design and implementation of an emulator to the static output characteristic (Voltage versus Current) that is similar to Fuel Cell generators. There are many advantages on using the Fuel Cell emulator. The emulator is cheaper, smaller and more flexible than the real Fuel Cell systems, because it is possible to emulate different characteristics through the use of a computer. In this context, a Fuel Cell emulator is proposed in this work in order to allow laboratory testes in the power conditioning system during its design and development stage. The proposed emulator is an insulated "Full-Bridge" converter with "Buck" operation, 2kW output power and 400VCC input voltage. This emulator achieves the output characteristic of a PEM (Proton Exchange Membrane) Fuel Cell stack with output voltage range of 32VCC to 72VCC, depending on the output current. The main control circuit is based on FPGA (Field Programmable Gate Array) and VHDL (Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language) language. The experimental results demonstrate that the proposed emulator achieves the output static characteristic of the PEMFC Fuel Cell System and this output characteristic can be easily modified in order to obtain another desirable static... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Electrical generation with renewable sources is intermittent due to the characteristics of the primary energy (sun, wind, run of water, etc.). This feature can cause fluctuations and distortions on the voltage levels compromising power quality, stability and reliability when connected to an electrical system. The storage of energy acting together either as standalone unit or interconnected to the generating source of the public network can increase the penetration of these sources in the energy matrix. Among the different forms of energy storage, the one using hydrogen is quite promising because of its characteristics such as low environmental impact, high energy density, and energy high storage capacity. In this thesis, it is proposed some basis for designing, controlling and analyzing a hydrogen-based energy storage plant, consisting of a set of an alkaline type electrolyzer, hydrogen storage in the form of metallic hydrides and a fuel cell stack of the type PEM. The proposed plant was modeled and validated through experimental tests. The model allowed simulation of the main physicochemical quantities involved in the process of generation, storage and conversion of hydrogen into electricity storage. The fuel cell stack that is part of the energy storage was automated to avoid damages to the membrane, acting mainly on temperature control, elimination of contaminants on the anode side, and voltage reestablishment through the controlled application of short-circuits. The metal hydride cylinder storing hydrogen has been also automated with the main purpose of performing a thermal exchange in the best possible way between the metal alloy and the environment. Reuniting these devices to make them to act in synchrony, the plant was automated, controlled and monitored through a software developed in the LabView platform, making it more autonomous the whole plant. This program allows also acquisition and storage of the main physico-chemical quantities during the plant operation. These magnitudes collected in the tests along with the simulation results were analyzed and characterized the fundaments of this thesis. / A geração de energia elétrica a partir de fontes renováveis é intermitente devido às características da energia primária (sol, vento, fio d'água, etc.) e podem causar oscilações e distorções nos níveis de tensão comprometendo a qualidade da energia, a estabilidade e a confiabilidade quando conectadas ao sistema elétrico. O armazenamento de energia atuando junto a fonte geradora isolada ou interligada à rede pública pode aumentar a penetração dessas fontes, de baixo impacto ambiental, na matriz energética. Entre as diferentes formas de armazenamento de energia, o uso de hidrogênio é considerado bastante promissor devido ao baixo impacto ambiental, alta densidade de energia e alta capacidade de armazenamento. Nessa tese, propõe-se as bases para concepção, controle e análise de uma planta armazenadora de energia baseada em hidrogênio, constituída por um eletrolisador do tipo alcalino, armazenamento de hidrogênio na forma de hidretos metálicos e uma pilha de células a combustível do tipo PEM. A planta proposta foi modelada e validada através de testes experimentais. O modelo permite simular as principais grandezas físico-químicas envolvidas desde o processo de geração, armazenamento e conversão do hidrogênio armazenado em eletricidade. A pilha de células a combustível, que faz parte do armazenador de energia, foi automatizada para operar sem danos a membrana, atuando principalmente no controle da temperatura, na eliminação de contaminantes no lado do ânodo e no reestabelecimento da tensão através da aplicação controlada de curtos-circuitos na pilha. O cilindro de hidreto metálico que armazena o hidrogênio também foi automatizado com o intuito principal de realizar a troca térmica da melhor forma possível entre a liga metálica e o ambiente. Unindo esses dispositivos para atuarem em sincronia, a planta foi automatizada, controlada e monitorada através de um software desenvolvido na plataforma LabView, de tal forma a torná-la mais autônoma. Este programa também permite que sejam adquiridos e armazenados o comportamento das principais grandezas físico-químicas durante operação da planta. Essas grandezas levantadas em testes juntamente com resultados de simulações, foram analisadas e caraterizada os fundamentos desta tese.

A diminuição nos custos de fabricação das SOFC e também a flexibilização do combustível utilizado em seu abastecimento são obstáculos que, uma vez transpostos, podem possibilitar a utilização em larga escala das SOFC. A melhoria no desempenho dos componentes das SOFC pode fazer esse dispositivo trabalhar em temperaturas mais baixas, facilitando a operação do dispositivo e aumentando sua vida útil. Nesse sentido, é útil o desenvolvimento de métodos de fabricação simples e de baixo custo de componentes de SOFC, que atualmente são obtidos na forma de filmes finos cerâmicos. Assim, é proposto o desenvolvimento de uma nova técnica baseada na reação de combustão para síntese de pós e a aerografia, no intuito de, por via úmida, obter filmes finos porosos de composições cerâmicas. Foram realizadas deposições de manganitas de lantânio dopadas com estrôncio e cromo (LSM e LSCM) e óxido de cério dopado com lantânio (LCO) sobre substratos de zircônia estabilizada com ítria (YSZ) e de aço AISI 430, com o propósito de verificar a viabilidade do método de combustão de solução aspergida (CSA) proposto neste trabalho. Embora vários dos filmes fabricados tenham ficado descontínuos ou com uma quantidade excessiva de trincas, alguns resultados foram satisfatórios. Alguns filmes de LSM depositados sobre YSZ apresentaram tamanho de grão reduzido, da ordem de algumas dezenas de nanômetros, e uma porosidade fina e interconectada que levou o material a apresentar um bom desempenho eletroquímico, visando sua aplicação como cátodo de SOFC. A partir das suas propriedades eletroquímicas e, principalmente, pela energia de ativação dos processos do eletrodo, verificou-se que a microestrutura conferida pelo método de CSA proporcionou uma melhoria no desempenho da LSM. Os filmes de LSM obtidos nesse trabalho apresentaram energias de ativação inferiores a 1,26 eV, enquanto na literatura são encontrados valores mais altos para meia-células semelhantes. / Lowering fabrication costs of SOFC’s and also their fuel flexibility are obstacles that, once transposed, can make possible the mass utilization of such devices. The improvement on the performance of SOFC’s components can allow these devices to work in lower temperatures, facilitating their operation and increasing their lifespan. In this sense, is very useful the development of simple and cheap fabrication techniques of SOFC’s components, which are nowadays obtained in the form of thin ceramic films. Thus, the development of a new fabrication method is proposed, based on the solution combustion synthesis reaction and airbrush painting, in order to obtain, by a wet chemical route, thin and porous ceramic films. Depositions of strontium and cobalt doped lanthanum manganites (LSM and LSCM) and lanthanum doped cerium oxide (LCO) were carried out over yttria-stabilized zirconia (YSZ) and AISI 430 steel with the intent of verifying the viability of the Airbrushed Solution Combustion (ASC) method, proposed in this work. Although several films fabricated by ASC were discontinuous or excessively cracked, some results were satisfactory. Some LSM films deposited over YSZ showed reduced grain size, in the order of tens of nanometers, and a fine interconnected porosity, which led the material to present good electrochemical performance, aiming its application as a SOFC’s cathode. From their electrochemical properties and, mainly, through activation energy of the electrode processes, it was seeing that the microstructure acquired with the ASC method enhanced the overall performance of LSM. The LSM films obtained in this work showed activation energies below 1,26 eV, while in the literature the values are higher than this for similar half-cells.

O dióxido de cério (CeO2), pode apresentar condutividade iônica e eletrônica (condutor misto) em temperaturas relativamente baixas (considerando a faixa de trabalho 1000°C de uma SOFC). Esta característica torna este material promissor para uso em células a combustível de óxido sólido (SOFC ou CCOS) assim como em catalisadores. Vale destacar que em altas temperaturas o dióxido de cério puro é um mau condutor iônico, contudo pode-se obter um aumento significativo com a substituição estrutural do íon cério (Ce+4) por outro íon metálico de menor valência (La+3 e Ca+2). O estudo proposto consiste em sintetizar óxido de cério dopado com lantânio e cálcio com características microestruturais e elétricas adequadas para uso em uma CCOS. Utilizando o método de síntese de combustão foi estudado a influência que o excesso de combustível (sacarose) pode proporcionar nas características finais dos pós cerâmicos. A caracterização dos pós foi realizada pelas técnicas de raios-X (DRX), área superficial especifica (BET), análise termogravimétrica (TGA), Microscopia Eletrônica de: Varredura (MEV) e Transmissão (MET), Microscopia de Calefação (MC) e por fim a análise elétrica por meio da Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE). Os principais resultados mostraram que a técnica de síntese por combustão é um método eficiente para obtenção de pós nanoparticulados, bem dispersos e com elevada homogeneidade. Observou-se ainda que a troca do tipo de dopante assim como o teor de combustível utilizado na síntese interfere diretamente nas propriedades microestruturais, físicas e elétricas dos compostos finais a base de céria dopada. As amostras apresentaram comportamento condutor em baixas temperaturas (500°C) o que viabiliza sua utilização como catalizadores e também em CCOS após tratamentos térmicos em atmosferas adequadas para aplicação como eletrodos ou eletrólitos. Os resultados também demonstram que a céria dopada com cálcio tem características que se torna viável a substituição do lantânio para uso em uma CCOS. / The cerium dioxide (CeO2) has ionic and electronic conductivity (mixed conductor) properties at relatively low temperatures (considering a working range of 1000°C for a SOFC). These characteristics make this material appropriate for use as anode in solid oxide fuel cells (SOFC or CCOS). It should be mentioned that pure cerium dioxide is a bad ionic conductor in high temperatures, but we have a significant increase with the structural substitution of the cerium ion (Ce+4) by another metal ion of lower valence (in its crystalline lattice). The proposed study consisted in the synthesis of ceria oxide with lanthanum and/ or calcium with microstructural and electrical characteristics, suitable for use in a CCOS. Using the combustion synthesis, the influence of excess of fuel (sucrose) on the final characteristics of the ceramic powder has been analyzed. The characterization of the powders was realized using X-ray (XRD), specific surface area (BET), Thermogravimetric Analysis (TGA), Scanning Electron Microscopy (SEM), Electron Microscope Transmission (TEM), Microscope Heating (HSM) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). The main results showed that the combustion synthesis technique is an efficient method to obtain nanoparticulate and well dispersed powders with high homogeneity. It was observed that the exchange of the dopant type as well as the fuel content used in the synthesis interferes directly in the microstructural, physical and electrical properties of the final compounds of ceria doped. Therefore, the calcium doped ceria has interesting characteristics for use in a CCOS.

Submitted by Franciele Moreira (francielemoreyra@gmail.com) on 2018-08-29T13:57:57Z No. of bitstreams: 2 Tese - Leandro Lima Carvalho - 2018.pdf: 15924313 bytes, checksum: a771fd37eef28f74a53a69978e8700f3 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-08-29T14:14:18Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese - Leandro Lima Carvalho - 2018.pdf: 15924313 bytes, checksum: a771fd37eef28f74a53a69978e8700f3 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-29T14:14:18Z (GMT). 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The materials were characterized by X-ray diffraction (XRD) Transmission electron microscopy (TEM) and High resolution transmission electron microscopy (HRTEM), x-ray energy dispersive spectroscopy (EDS), cyclic voltammetry (VC) and Chronoamperometry. The EDS spectra showed e, experimental compositions of electrocatalysts are close to nominal, which suggest, high efficiency of the redactor agent BH4(aq) - /OH- (aq) for reducing the ions Pt+4 (H2PtCl6.6H2O) and Pd+2 (PdCl2.6H2O). The XRD analysis indicate the nanoparticle arrangement of the Platinum-Paladium with different content results in crystalline structure on carbon support, and the peaks assigned to Pt75(PdOx)25/C and Pt50(PdOx)50/C were observed indicating oxide formation from metal precursors Pt75Pd25/C e Pt50Pd50/C by thermal treatment method. The micrographs HRTEM showed homogenies particle size distribution on high area Vulcan XC-72 Carbon support. The particle size were determined as the maximum of Gaussian distribution of Pt/C; Pd/C e PtxPdy/C which showed electrochemical activity toward ethanol oxidation reaction in both, acid and alkaline, electrolyte. The exception is Pd in acid media. Moreover, the materials Pt75Pd25/C; Pt75(PdOx)25/C; Pt50Pd50/C e Pt50(PdOx)50/C with high Pd content, showed more better performance for ethanol oxidation reaction in alkaline media, with high anodic current density registered in the cyclic voltammetry and chronoamperometry experiments, in comparison with Pd/C e Pt/C catalysts. / O gerenciamento da matriz energética mundial precisa ser repensado. E, neste contexto, o setor energético é, sobretudo, o núcleo ativo desta discussão, que na atualidade, depende cada vez mais de novas estratégias para produção de energia. Desta forma, destacam-se os avanços no desenvolvimento de tecnologias ligadas às fontes alternativas de energia denominadas de “Células a Combustível”, principalmente os dispositivos eletroquímicos que operam com etanol como combustível (DEFCs). Neste trabalho, os eletrocatalisadores Pt/C; Pd/C; Pt75Pd25/C; Pt75(PdOx)25/C; Pt50Pd50/C e Pt50(PdOx)50/C, com 20% em massa de metal, foram preparados a partir do método de redução rápida por borohidreto de sódio (NaBH4) e de tratamento térmico. Os materiais obtidos foram caracterizados por Difração de Raios-X (DRX); Microscopia Eletrônica de Transmissão de Alta Resolução (HRTEM); Espectroscopia de Energia Dispersiva por Raios-x (EDS); Voltametria Cíclica (VC) e Cronoamperometria. Os espectros de EDS mostraram que as composições reais estão relativamente próximas das suas respectivas composições nominais, indicando que, o agente redutor BH4(aq) - /OH- (aq) é eficiente para reduzir tanto íons de Pt+4 (H2PtCl6.6H2O) como de Pd+2 (PdCl2.6H2O). As avaliações por DRX revelaram que a combinação de nanopartículas de “Platina-Paládio” em diferentes composições formaram estruturas cristalográficas no carbono suporte, e que picos difratográficos específicos foram observados para Pt75(PdOx)25/C e Pt50(PdOx)50C, confirmando a formação de óxidos metálicos através dos precursores Pt75Pd25/C e Pt50Pd50/C pelo método de tratamento térmico. As micrografias HRTEM mostraram distribuições de partículas homogêneas sobre o substrato de Carbono Vulcan XC-72 amorfo de alta área superficial, adotado como suporte. Os tamanhos médios das partículas foram tomados como os máximos das distribuições gaussianas. Pt/C; Pd/C e PtxPdy/C apresentaram atividades eletroquímicas para as reações de oxidação do etanol ROEs tanto em eletrólito ácido como básico, com exceção do Pd em meio ácido. E que, as composições Pt75Pd25/C; Pt75(PdOx)25/C; Pt50Pd50/C e Pt50(PdOx)50/C contendo maior teor de Pd, se mostraram mais ativas e promissoras para as ROEs em meio básico, apresentando melhores densidades de correntes anódicas registradas nos resultados voltamétricos e cronoamperométricos, quando comparadas aos materiais catalisadores de Pd/C e Pt/C.

A atual situação de degradação ambiental tem sido muito discutida nos últimos anos. Um dos principais fatores agravantes dessa situação é a crescente demanda energética e suas atuais formas de produção. O petróleo, matriz energética mundial, é altamente poluente, e um combustível finito com o preço sempre crescente. A energia elétrica brasileira está baseada nas hidrelétricas, considerada fonte de energia limpa e renovável, porém o custo ambiental para sua construção é bem alto. Atualmente já existem tecnologias alternativas que podem servir essa crescente demanda energética sem prejudicar o meio ambiente. Na arquitetura, como em todas as áreas, houve um aumento com preocupação, e o estudo sobre o desempenho energético das edificações para reduzir a demanda de energia se tornou um assunto em pauta. Medidas e soluções estão sendo tomadas na decisão dos projetos mais sustentáveis. Mas para isso, o profissional deve estar atento às novas tecnologias alternativas de produção e distribuição de energia. Quando em um projeto é considerado o uso de fontes alternativas e o uso de técnicas de iluminação e ventilação natural, pode-se economizar não só nas despesas direcionadas para as fornecedoras de energia, mas poupar recursos naturais, ajudando a preservar o meio ambiente, fundamental para a nossa sobrevivência. Este trabalho traz algumas definições sobre sustentabilidade e a relação que a arquitetura tem com a problemática ambiental através da energia. Foi feita uma procura de novas tecnologias de produção e geração de energia e então, composto um estado da arte dos principais centros mundiais em P&D e dos projetos de demonstração envolvendo células à combustível, uma nova tecnologia que gera energia limpa in loco, descrevendo as características mais importantes destes projetos e compilando os resultados para uma possível adaptação aqui no Brasil, a fim de que diminua a participação das edificações no consumo de energia elétrica produzida a partir de hidrelétricas. O objetivo desta pesquisa é contribuir com a disseminação do conhecimento sobre energias alternativas e renováveis no meio arquitetônico, e demonstrar os principais centros mundiais em P&D e os projetos de demonstração que envolvam a geração de energia limpa através das células à combustível para uma adaptação no contexto brasileiro. Os resultados dessa pesquisa foram a constatação de que em todos países desenvolvidos há um forte apoio governamental para introdução dessa nova tecnologia de geração de energia para possibilitar futuramente a \"Economia do Hidrogênio\". A maioria dos projetos pesquisados são de células de tecnologia tipo PEM e abastecidas à gás natural (GN), pois esses países já possuem uma infra-estrutura formada para o GN. No contexto brasileiro, o apoio governamental à essa nova tecnologia ainda é pouco, salvo o fomento de algumas instituições como FAPESP, CAPES, CNPQ e centros universitários. Esta ausência governamental deixa espaço para respostas a curto prazo às novas demandas de energia elétrica ocasionando o preenchimento com outros tipos de fontes de energia poluentes e fósseis como é o caso do aumento das termelétricas ultimamente. / The current situation of environmental degradation has been much discussed in recent years. One of the main factors aggravating this situation is the growing energy demand and its current production methods most used. The oil, world energy matrix, is highly polluting fuel and a finite with the ever-increasing price. The Brazilian energy matrix is based on hydro, considered a clean and renewable source of energy, but the environmental cost and its construction are very high. Nowadays, there are alternative technologies that can serve this growing energy demand without harming the environment. In architecture, as in all areas, there was an increase in concern, and the study on the energy performance of buildings to reduce energy demand has become a subject matter. Measures and solutions are being taken in deciding the projects more sustainable. But for this, the practitioner must be aware of new alternative technologies of production and distribution of energy. When a project is considered the use of alternative techniques and the use of natural lighting and ventilation, you can save not only the costs directed for energy providers, but save natural resources, helping to preserve the environment, essential for our survival. This study offers some definitions of sustainability and the relationship that architecture has with the environment through energy. It was made a demand for new production technologies and power generation and then made a \"state of the art world\'s main centers of R&D and demonstration projects involving fuel cells, describing the most important features of these projects and compiling the results for a possible adjustment in Brazil, in order to decrease the participation of the buildings in the consumption of electricity produced from hydropower plants in Brazil. The research aims to contribute to the dissemination of knowledge on alternative and renewable energy among architectural and demonstrate the major world centers in R & D and demonstration projects involving the application of clean energy through fuel cells to adapt Brazilian context. The results of this research was the finding that in all developed countries there is strong government support for the introduction of this new technology to generate energy to enable a future \"Hydrogen Economy\". Most projects are cell PEM technology and supplied with natural gas because these countries already have an infrastructure set up to NG. In the Brazilian context, government support to this new technology is still little, except the promotion of some institutions like FAPESP, CAPES, CNPq and universities. This government leaves no room for short-term responses to new demands for power resulting in filling other types of no clean energy clean and fuels such as increasing the thermal power plants.