Made available in DSpace on 2016-06-02T19:11:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissABML.pdf: 4339605 bytes, checksum: b2fcb2bbac41c9e9cc7c77720f7b0b4c (MD5) Previous issue date: 2007-03-01 / Universidade Federal de Sao Carlos / The search for alternatives sources to fossil fuel has stimulated the technological development of solid oxide fuel cell. Hydrogen is the ideal fuel for this application. However, due to technical reasons, alternatives fuels to hydrogen such as methanol and natural gas has been tested. Therefore, the use of these fuels makes necessary the substitution of the anode materials that are normally used with hydrogen. The anode materials substitution must be based on the knowledge about the relationship between anode microstructure and its performance during cell operation. This knowledge makes possible introduce new materials besides new fabrication process for solid oxide fuel cell anodes. The main characteristics of anode are: high chemical activity and durability. The durability of the anode can be attained using FGM material that makes possible to match the thermal expansion of the interfaces. Ni-8YSZ cermet is normally used as anode material. In this work it was studied the cermets Ni-8YSZ as electrodes on the YSZ electrolyte. Two types of electrodes were prepared: with and without compositional gradient along the electrode thickness. This work was developed in two steps. The first one was the development of the powder 8YSZ-NiO suspension with the appropriated rheological characteristics. The second one was the electrodes characterization by impedance spectroscopy and scanning electron microscopy. It was found that electrodes containing layers with ≤30 vol% Ni are inefficient to promote the reactions because de Ni particles are not percolated. / A busca por fontes alternativas aos combustíveis fósseis para geração de energia tem estimulado a tecnologia para a fabricação de células a combustível (CaC). Gás hidrogênio é o combustível ideal para CaC porém outros combustíveis, tais como metanol e gás natural, são testados. O material de anodo utilizado, quando se emprega hidrogênio como combustível, é o compósito Ni-8YSZ. O anodo deve atender dois requisitos: alta atividade química das reações e durabilidade. O conceito de material FGM (gradação funcional) é aplicado a eletrodo com o objetivo de aumentar a durabilidade pela compatibilização da expansão térmica do eletrólito e coletor de corrente. Nesta dissertação foram estudados eletrodos compósitos Ni-8YSZ, em eletrólitos de 8YSZ, com e sem gradiente composicional ao longo da espessura. Este trabalho foi realizado em duas etapas: desenvolvimento do processamento cerâmico e caracterização elétrica dos eletrodos. A primeira etapa consistiu no desenvolvimento de suspensões da mistura 8YSZ-NiO com características adequadas ao processo de deposição por jato de suspensão e cujo filme granular resultante fosse livre de defeitos. A segunda etapa consistiu na caracterização dos eletrodos, com e sem gradação de composição, por espectroscopia de impedância e microscopia eletrônica. Eletrodos contendo camadas ≤30%vol Ni são ineficientes para promover as reações de anodo pois as partículas de níquel não estão percoladas.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:36:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rafael Mezher Silva Pereira.pdf: 5290632 bytes, checksum: e2db559e31f1137c72cb9a649635434d (MD5) Previous issue date: 2015-01-30 / This paper studies the effects in a copper (Cu) alloy with the addition of Nickel (Ni), Silver (Ag) and Yttria (Y2O3), the metal-ceramic (cermet) alloy was manufactured by Powder Metallurgy (PM), this technique was chosen because it is advantageous when working with alloy elements with large difference in melting point, vapor pressure and density. It was used with the intention of creating a composite with good mechanical and electrical strength, capable to be measured by analyzing samples (including fractography) besides the usual experimental procedures of hardness and current tests. The results aim to explore some characteristics of this alloy as well as investigate and pursue such physical properties to meet current technology needs principally related as an option to anode of solid fuels or electrical contact in low temperatures. In general the study was satisfactory as it presents significant data especially in regard to the interaction of some physical characteristics on microscopic level of the components studied in this cermet that is still unknown and requires continued research. A fact that can be highlighted is the apparent lack of diffusion of Yttria particles that, as noted in the electronic mapping, were lodged between copper particles causing a not very homogeneous dispersion of the components in the alloy. This factor was most likely caused by low effectiveness compression and sintering of the samples, also impacting significantly on the hardness values and the conductivity values of about 29% IACS which measured in ambient temperature for metal alloys would be low, but for this metal-ceramic alloy is reasonable, as they have some inverse physical properties when exposed to cold temperatures resulting in lower resistivity values and higher critical temperatures making it suitable for low temperature electrical contacts. Y3 (Cu 90%/ Ni5%/ Ag3%/ Y2O32%) and Y6 (Cu 90%/ Ni7%/ Ag0%/ Y2O33%) samples with high concentration of Ni and low concentrations of Y2O3 had higher hardness values, and Y7 (Cu 95%/ Ni0%/ Ag0%/ Y2O35%) sample with high Cu concentration presented higher conductivity between all the samples. / Este trabalho estuda os efeitos da de Níquel (Ni), Prata (Ag) e Ítria (Y2O3) em uma liga de Cobre (Cu). Esta liga metal-cerâmica (cermeto) foi fabricada através da Metalurgia do Pó (MP), que foi escolhida pois é vantajosa quando se trabalha com ligas de elementos com grande diferença de ponto de fusão, pressão de vapor e densidade. Esta técnica foi utilizada objetivando criar um composto com resistência mecânica e elétrica e que pudesse ser mensurado e caracterizado através da análise de amostras por meio de procedimentos experimentais usuais de dureza e de corrente elétrica assim como fratografia. Os resultados mostram e exploram algumas características interessantes desta liga, e ao investigar tais propriedades físicas objetiva-se satisfazer as necessidades tecnológicas atuais principalmente como opções para uso como ânodo de combustível sólido ou como contato elétrico para baixas temperaturas. De modo geral o estudo foi satisfatório já que apresenta dados marcantes principalmente no que se diz respeito à interação de algumas características físicas a nível microscópico dos componentes estudados neste cermeto que ainda é pouco conhecido e requer continuidade de pesquisa. Um fato que pode ser ressaltado é a aparente não difusão das partículas de Ítria que, como observado nos mapeamentos eletrônicos, ficaram alojadas entre os aglutinados de cobre fazendo com que a dispersão dos componentes na liga não fosse homogênea. Tal fator muito provavelmente foi causado pela baixa eficácia da compactação e também da sinterização das amostras o que impactou consideravelmente nos valores de dureza que ficaram abaixo do esperado, assim como os valores de condutividade por volta de 29 %IACS que medidos a temperatura ambiente para uma liga exclusivamente metálica seria considerado baixo, mas no caso desta liga metal-cerâmica é bastante razoável. Já que possuem algumas propriedades físicas inversas quando submetidas a baixas temperaturas resultando em valores de resistividade mais baixos e temperaturas críticas mais elevadas ideais para contatos elétricos a baixa temperatura. As amostras Y3 (Cu 90%/ Ni5%/ Ag3%/ Y2O32%) e Y6 (Cu 90%/ Ni7%/ Ag0%/ Y2O33%) com alta concentração de Ni e baixa concentração de Y2O3 apresentaram maior dureza, e a amostra Y7 (Cu 95%/ Ni0%/ Ag0%/ Y2O35%) com alta concentração de Cu maior condutividade.