A economia do hidrogênio apresenta um novo horizonte para suprir a crescente demanda global por energia. As células a combustível são os dispositivos que possibilitam a utilização do hidrogênio (H2) como um interessante vetor energético uma vez que ele não emite CO2 ao reagir com o oxigênio (O2), gerando H2O e energia elétrica. A produção do hidrogênio pode ocorrer de forma descentralizada e modulada, possibilitando atender às necessidades de comunidades que o sistema estabelecido de distribuição de energia não consegue chegar. Uma célula a combustível, é composta essencialmente por 3 elementos: o anodo, o catodo e o eletrólito. Existem vários materiais disponíveis para aplicação como eletrólito em células a combustível, mas o que mais se destaca é a zircônia estabilizada com óxido de ítrio (ZEI). Devido às suas características químicas e elétricas, a zircônia estabilizada é bastante pesquisada como eletrólito de células a combustível do tipo óxido sólido (CaCOS) e conformada por colagem de fitas (tape casting). A colagem de fitas é um dos meios mais baratos, simples e eficientes para conformar suspensões cerâmicas em lâminas finas, contribuindo para seu uso em células a combustível. Considerando esses aspectos, o objetivo deste trabalho foi estudar a viabilidade de conformação de fitas cerâmicas de zircônia estabilizada produzidas a partir da extração do minério nacional zirconita. É consenso na literatura que suspensões cerâmicas devem ser obtidas a partir de pós com baixa área superficial (geralmente entre 0,5 a 10m2/g). No presente trabalho, as fitas foram coladas a partir de pós com elevada área superficial (geralmente entre 40 a 80m2/g). O uso do potencial zeta é recomendado para avaliar a quantidade de polieletrólito que deve ser empregada em uma determinada suspensão. No entanto, para suspensões com elevada concentração de sólidos, faz-se necessário o uso da curva de fluxo do material, devido a compressão da dupla camada elétrica. Para os estudos de reologia, o pó cerâmico calcinado foi submetido a uma classificação, em um conjunto de peneiras ABNT com diferentes aberturas de malha e descartando a fração mássica retida em malha 60. Suspensões destes pós cerâmicos foram usadas para a determinação das curvas de fluxo, fato que possibilitou a conformação dos laminados cerâmicos. Para a colagem de fitas, é necessário o uso de plastificantes e ligantes. Dentre os disponíveis, o álcool polivinílico (PVA) foi usando como ligante e o 1,2,3 propano-triol (glicerina) como plastificante. Atuando em sinergismo e em proporção adequada (2,25:1) de glicerina em relação ao PVA, foi possível obter fitas cerâmicas com as características desejadas para aplicação em células a combustível. STUDY / The hydrogen economy has been risen as new option for supply the growing global demand for energy. A fuel cell is an electrochemical device able to use hydrogen as a energy source. Carbon dioxide (CO2) emission is very low so it is ecologically friendly, once energy is produced by a reaction of hydrogen and oxygen. The production of energy from hydrogen fuelled devices can be done even in small unities and in a distributed way. It can bring energy for isolated communities, where traditional energy distribution systems can not be reached. A fuel cell is composed essentially of 3 components: anode, cathode and the electrolyte. In present days, there are many materials proposed for use as electrolyte in fuel cells. Among then, yttria stabilized zirconia (YSZ) is the most studied and effectively used in solid oxide fuel cell. Tape casting technology is a cheap, simple and efficient way to cast ceramics slurries in laminates thick enough to be used as components for fuel cells. Considering theses aspects, in this work, ceramic thin film forming was studied using tape casting technology with raw materials prepared from Brazilian zircon ores. It is described in literature that ceramic slurries are generally made from powders with low surface area (often between 0,5 to 10m2/g), and the powders used in this study had larger surface area (often between 40 to 80m2/g). The use of zeta potential is indicated to study the stability of a suspension of ceramic powders. However, for suspensions with large concentration of solid, it is also necessary to determine the flow curve, because in these conditions, the double electric layer formed during the stabilization of suspensions can be compressed. In the rheologic properties study, calcined ceramic powders were classified using a set of ABNT series screens and separated and retained by the de mesh 60 screen. Flow curve of suspension was determined in aqueous suspensions of these powders. For tape casting processing, a binder and a plasticizer have to be added to the suspensions to produce YSZ substrates. Poly(vinyalcohol) (PVA) and glycerine were used as binder and plasticizer, respectively, in this work. By the effect of both additives, at a glycerine to PVA rate of 2,25:1, it was possible to produce YSZ substrates.

A economia do hidrogênio apresenta um novo horizonte para suprir a crescente demanda global por energia. As células a combustível são os dispositivos que possibilitam a utilização do hidrogênio (H2) como um interessante vetor energético uma vez que ele não emite CO2 ao reagir com o oxigênio (O2), gerando H2O e energia elétrica. A produção do hidrogênio pode ocorrer de forma descentralizada e modulada, possibilitando atender às necessidades de comunidades que o sistema estabelecido de distribuição de energia não consegue chegar. Uma célula a combustível, é composta essencialmente por 3 elementos: o anodo, o catodo e o eletrólito. Existem vários materiais disponíveis para aplicação como eletrólito em células a combustível, mas o que mais se destaca é a zircônia estabilizada com óxido de ítrio (ZEI). Devido às suas características químicas e elétricas, a zircônia estabilizada é bastante pesquisada como eletrólito de células a combustível do tipo óxido sólido (CaCOS) e conformada por colagem de fitas (tape casting). A colagem de fitas é um dos meios mais baratos, simples e eficientes para conformar suspensões cerâmicas em lâminas finas, contribuindo para seu uso em células a combustível. Considerando esses aspectos, o objetivo deste trabalho foi estudar a viabilidade de conformação de fitas cerâmicas de zircônia estabilizada produzidas a partir da extração do minério nacional zirconita. É consenso na literatura que suspensões cerâmicas devem ser obtidas a partir de pós com baixa área superficial (geralmente entre 0,5 a 10m2/g). No presente trabalho, as fitas foram coladas a partir de pós com elevada área superficial (geralmente entre 40 a 80m2/g). O uso do potencial zeta é recomendado para avaliar a quantidade de polieletrólito que deve ser empregada em uma determinada suspensão. No entanto, para suspensões com elevada concentração de sólidos, faz-se necessário o uso da curva de fluxo do material, devido a compressão da dupla camada elétrica. Para os estudos de reologia, o pó cerâmico calcinado foi submetido a uma classificação, em um conjunto de peneiras ABNT com diferentes aberturas de malha e descartando a fração mássica retida em malha 60. Suspensões destes pós cerâmicos foram usadas para a determinação das curvas de fluxo, fato que possibilitou a conformação dos laminados cerâmicos. Para a colagem de fitas, é necessário o uso de plastificantes e ligantes. Dentre os disponíveis, o álcool polivinílico (PVA) foi usando como ligante e o 1,2,3 propano-triol (glicerina) como plastificante. Atuando em sinergismo e em proporção adequada (2,25:1) de glicerina em relação ao PVA, foi possível obter fitas cerâmicas com as características desejadas para aplicação em células a combustível. STUDY / The hydrogen economy has been risen as new option for supply the growing global demand for energy. A fuel cell is an electrochemical device able to use hydrogen as a energy source. Carbon dioxide (CO2) emission is very low so it is ecologically friendly, once energy is produced by a reaction of hydrogen and oxygen. The production of energy from hydrogen fuelled devices can be done even in small unities and in a distributed way. It can bring energy for isolated communities, where traditional energy distribution systems can not be reached. A fuel cell is composed essentially of 3 components: anode, cathode and the electrolyte. In present days, there are many materials proposed for use as electrolyte in fuel cells. Among then, yttria stabilized zirconia (YSZ) is the most studied and effectively used in solid oxide fuel cell. Tape casting technology is a cheap, simple and efficient way to cast ceramics slurries in laminates thick enough to be used as components for fuel cells. Considering theses aspects, in this work, ceramic thin film forming was studied using tape casting technology with raw materials prepared from Brazilian zircon ores. It is described in literature that ceramic slurries are generally made from powders with low surface area (often between 0,5 to 10m2/g), and the powders used in this study had larger surface area (often between 40 to 80m2/g). The use of zeta potential is indicated to study the stability of a suspension of ceramic powders. However, for suspensions with large concentration of solid, it is also necessary to determine the flow curve, because in these conditions, the double electric layer formed during the stabilization of suspensions can be compressed. In the rheologic properties study, calcined ceramic powders were classified using a set of ABNT series screens and separated and retained by the de mesh 60 screen. Flow curve of suspension was determined in aqueous suspensions of these powders. For tape casting processing, a binder and a plasticizer have to be added to the suspensions to produce YSZ substrates. Poly(vinyalcohol) (PVA) and glycerine were used as binder and plasticizer, respectively, in this work. By the effect of both additives, at a glycerine to PVA rate of 2,25:1, it was possible to produce YSZ substrates.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-10-11T20:39:41Z No. of bitstreams: 1 MichelineDosReisAraujo_TESE.pdf: 2152789 bytes, checksum: 46d89fee61e001b69b0444ee74632831 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-10-14T00:04:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 MichelineDosReisAraujo_TESE.pdf: 2152789 bytes, checksum: 46d89fee61e001b69b0444ee74632831 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-14T00:04:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MichelineDosReisAraujo_TESE.pdf: 2152789 bytes, checksum: 46d89fee61e001b69b0444ee74632831 (MD5) Previous issue date: 2016-04-29 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / Neste trabalho foram conformados substratos cer?micos de zirc?nia nanoparticulada estabilizada com 3 mol% de ?tria pelo processo de colagem de fitas (?tape casting?) em meio aquoso em uma faixa de espessura de 100 e 150 ?m, os quais apresentam grande interesse tecnol?gico para aplica??es eletroeletr?nicas. Suspens?es para a colagem de fitas foram preparadas em duas diferentes composi??es: 20% ligante - 22% solvente e 25% ligante - 17% solvente (em peso). Uma emuls?o acr?lica comercial serviu como ligante. A estabilidade da suspens?o de zirc?nia estabilizada com ?tria foi analisada por medida de reologia, atrav?s de curvas de viscosidade. Ambas as suspens?es apresentaram comportamento pseudopl?stico, o que ? desej?vel para a t?cnica de colagem de fitas. Ap?s o processo de colagem realizou-se prensagem uniaxial em diferentes temperaturas (40?C e 60?C) e tempos (5 e 10 minutos) nas fitas cer?micas, para a conforma??o dos laminados. An?lise T?rmica Diferencial (ATD) e Termogravim?trica (ATG) foram realizadas para se definir os par?metros para a sinteriza??o dos laminados. Ap?s a sinteriza??o ? 1500?C foram realizados ensaios de Difra??o de Raios X, densidade e porosidade, resist?ncia mec?nica ? flex?o, microdureza Vickers e Microscopia Eletr?nica de Varredura (MEV) para se avaliar as propriedades dos laminados obtidos al?m de analisar o tamanho e crescimento do gr?o. As amostras laminadas em menores temperaturas de prensagem apresentaram delamina??o entre as interfaces das fitas cer?micas, por?m sem influ?ncia significativa no comportamento mec?nico destes materiais. A composi??o com maior teor de ligante apresentou maiores valores de resist?ncia mec?nica devido ? maior quantidade deste componente propiciar melhorias no processo de conforma??o dos laminados. / Various processing techniques are based on the suspension of ceramics particles in an aqueous or non-aqueous media. One of these techniques is called tape casting, which need of a stabilized suspension with high concentration of solids and adequate rheological behavior, which can define if a process route is viable or not. Typical tape cast slurries are prepared by dispersion of a powder in an organic or nonorganic solvent, with a dispersant, followed by the addition of binders, plasticizers, and other additives. These slurries are cast through a so-called doctor blade over a flat carrier. In this study were shaped ceramic substrates of nanoparticulate zirconia stabilized with 3 mol% yttria by tape casting process in aqueous medium at thickness range of 100 to 150 micrometers which have great technological interest for applications electro-electronic. Tape casting slurries were prepared with two different compositions: 20% binder ? 22% solvent e 25 % binder - 17% solvent (wt.%). A commercial acrylic emulsion served as binder. The stability of the yttria-stabilized zirconia slurries was analyzed by means of rheological characterization through viscosity curves. Both slurries showed a pseudoplastic behavior, which is desired for tape casting. After the tape casting process was made uniaxial pressing at different temperatures (40?C and 60?C) and time (5 and 10 minutes) in ceramic tapes for forming the laminates. Differential Thermal Analysis (DTA) and thermogravimetry (TGA) were performed to define the parameters for the sintering of the laminate. After sintering at 1500?C were performed X Ray Diffraction (XRD), density and porosity, flexural strength, microhardness and Scanning Electron Microscopy (SEM) to evaluate the properties of the obtained laminates. Laminated samples at lower press temperatures showed delamination between the interfaces of the ceramic tapes, however no significant influence on the mechanical behavior of these materials. The composition with higher binder content shows higher values of mechanical resistance due the greater amount of this component provide improvements in the laminate forming process

Submitted by Automação e Estatística (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-07-02T18:41:47Z No. of bitstreams: 1 LuanaBarbosaDaCruz_DISSERT.pdf: 2722254 bytes, checksum: 250016e9b31cd284cc0b419b3732db2d (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-07-04T12:44:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 LuanaBarbosaDaCruz_DISSERT.pdf: 2722254 bytes, checksum: 250016e9b31cd284cc0b419b3732db2d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-04T12:44:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LuanaBarbosaDaCruz_DISSERT.pdf: 2722254 bytes, checksum: 250016e9b31cd284cc0b419b3732db2d (MD5) Previous issue date: 2017-09-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / As células a combustível do tipo óxido sólido (CaCOS) consistem em dispositivos eletroquímicos que convertem energia química em elétrica e tem atraído cada vez mais atenção devido à capacidade de conversão energética eficiente e mínima poluição atmosférica. Uma das técnicas que pode ser utilizada na produção das CaCOS é a colagem de fitas, pois minimiza os custos de produção. As suspensões produzidas no processo de colagem de fitas são preparadas pela dispersão de um pó em um solvente, o qual pode ser aquoso ou não, aliado a um dispersante adequado, assim como ligantes, plastificantes, surfactantes e antiespumantes. Após o processo de mistura, a suspensão é conformada através de uma lâmina niveladora, que regula a espessura da fita produzida, sobre uma superfície transportadora regular e plana, produzindo uma fita fina, flexível e resistente. Diversos materiais destacam-se na composição do anodo das células a combustível, entre eles, o óxido de níquel e cério dopado com gadolínio, uma vez que apresentam alta condutividade iônica intragranular e menor custo. Neste trabalho, foram conformados substratos cerâmicos nanoparticulados de Óxido de Níquel e Cério dopado com Gadolínio através da colagem de fitas em meio aquoso. Foram preparadas seis suspensões utilizando três dispersantes diferentes e variadas proporções de orgânicos. As três diferentes suspensões utilizadas exibiram comportamento pseudoplástico, desejável para o processamento coloidal por colagem de fitas. As fitas apresentaram uma faixa de espessura de 120 e 170 μm, recomendável para o uso em anodos de células a combustível óxido sólido. As curvas termogravimétricas mostraram a saída total dos orgânicos a uma temperatura de 500 oC. A sinterização das fitas e cerâmicas laminadas ocorreu em três diferentes temperaturas: 1250 oC, 1300 oC e 1400 oC,. Foram realizados ensaios de Difração de Raios X para observar as fases presentes antes e após a sinterização. Ensaios de densidade e porosidade, resistência mecânica à flexão e Microscopia Eletrônica de Varredura, a fim de se avaliar as propriedades da fita. / Solid oxide fuel cells (CaCOS) consist of electrochemical devices that convert chemical energy into electrical energy and have attracted increasing attention due to efficient energy conversion capacity and minimal air pollution. One of the techniques that can be used in the production of CaCOS is the tape gluing, as it minimizes production costs. The suspensions produced in the tape bonding process are prepared by dispersing a powder in a solvent, which may be aqueous or not, coupled with a suitable dispersant, as well as binders, plasticizers, blowing agents and antifoams. After the mixing process, the suspension is formed through a leveling blade, which regulates the thickness of the produced tape, on a regular and flat conveyor surface, producing a thin, flexible and resilient tape. Several materials stand out in the composition of the anode of the fuel cells, among them, the nickel oxide and cerium doped with gadolinium, since they present high intragranular ionic conductivity and lower cost. In this work, nanoparticulated ceramic substrates of Nickel and Cerium Oxide doped with Gadolinium were formed through the bonding of tapes in aqueous medium. Six suspensions were prepared using three different dispersants and varied proportions of organics. The three different suspensions used exhibited pseudoplastic behavior, desirable for colloidal processing by tape gluing. The ribbons had a thickness range of 120 and 170 μm, recommended for use in solid oxide fuel cell anodes. The thermogravimetric curves showed total organic output at a temperature of 500 oC The sintering of the tapes and laminated ceramics occurred in three different temperatures: 1250 oC, 1300 oC and 1400 oC. X-Ray Diffraction tests were performed to observe the phases present before and after sintering. Density and porosity tests, mechanical resistance to bending and Scanning Electron Microscopy, in order to evaluate the properties of the tape.