A temperatura de operação de células a combustível de óxido sólido (SOFCs) que utilizam zirconia estabilizada com itria (YSZ) como eletrólito é 1000 oC. Essa alta temperatura gera graves problemas relativos a materiais e vida util da célula. Por isso, condutores iônicos que possuem alta condutividade em temperaturas inferiores são pesquisados atualmente. Estudos mostraram que La10Si6O27 tipo apatita possui alta condutividade iônica de oxigenio, que é comparativamente maior que a de YSZ, a 500 oC, sendo, portanto, um potencial candidato como eletrólito para SOFC. O objetivo do presente trabalho é o desenvolvimento de técnicas de síntese de silicato de lantânio tipo apatita. Rotas inéditas de solgel modificada para sintetizar La9,33Si6O26 são propostas. Volumes estequiométricos de soluções de Na2SiO3 e LaCl3 foram misturados para a formação de gel de Si. Em seguida este gel foi calcinado a 900 °C, lavado, filtrado e tratado novamente a 900 °C. Em outra rota, volumes estequiométricos de soluções de Si (Na2SiO3 ou TEOS) e de La (LaCl3) foram utilizados para obtenção de gel de Si. Em seguida, hidróxido de La foi precipitado pela adição de uma base (NaOH ou NH4OH) ao gel. O material resultante foi calcinado a 900 °C, lavado, filtrado e tratado novamente a 900 °C. Pós de aglomerados fracos e alta sinterabilidade foram obtidos. DRX dos pós mostrou a estrutura de apatita monofásica a 900 oC. Morfologia de ceramica densa foi observada em imagens de MEV da superfície das pastilhas sinterizadas a 1200,1300 e 1400 oC por 4 h. Estas temperaturas e tempo de sinterização são significativas, pois no método convencional temperaturas superiores a 1700oC e tempos muito maiores são necessários para obtenção de tais cerâmicas. Densidades relativas superiores a 90% foram obtidas através dos métodos propostos. Uma conclusão importante é que TEOS, o reagente usual de alto custo, pode ser substituído por Na2SiO3, de preço muito mais baixo, para obter La9,33Si6O26 tipo apatita. / Solid oxide fuel cell (SOFCs) operating temperature that uses yttria stabilized zirconia (YSZ) as the electrolyte is 1000ºC. This high temperature causes serious problems concerning cell life and materials. Therefore, the ionic conductors which have high conductivity at lower temperature are currently researched. Studies have shown that the composition of La10Si6O27 apatite type has high oxygen ionic conductivity, which is comparably higher than that of YSZ, at 500 oC, it is therefore a potential candidate as for SOFC electrolyte. The objective of the present work is the development of lanthanum silicate with apatite type synthesis techniques. Novel modified solgel routes to synthesize La9.33Si6O26 are proposed. Stoichiometric volumes of Na2SiO3 and LaCl3 solutions were mixed for the formation of Si gel. This gel was calcined at 900 °C, washed, filtered and again thermally treated at 900 °C. In the other route, stoichiometric volumes of Si (Na2SiO3 or TEOS) and La (LaCl3) solutions were used for obtaining Si gel. Then, La hydroxide was precipitated by adding of a base (NaOH or NH4OH) to gel. Then the material was calcined at 900 °C, washed, filtered and again treated at 900 °C. Highly sinterable weakly agglomerated powders have been obtained. XRD patterns of the powders showed the single-phase apatite structure at 900 oC. Dense ceramic morphology was observed from the SEM images of surface of the pellets sintered at 1200, 1300 and 1400oC for 4h. This low temperature sintering and time of sintering are significant because the conventional method requires superior temperatures of 1700 oC to obtain the same dense ceramics. High relative densities higher than 90% was obtained via proposed methods. An Important conclusion is the TEOS, the usual high cost reagent, may be substituted by a cheap price Na2SiO3, to obtain apatite type La9.33Si6O26.

Cerâmicas de silicato de lantânio tipo apatita têm sido estudadas devido ao grande interesse tecnológico para aplicação como eletrólito em células a combustível de óxido sólido de temperatura intermediária (IT-SOFC: Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cell). A condutividade iônica dessas cerâmicas em temperaturas intermediárias (600-800°C) é maior do que a da YSZ (Ytria Stabilized Zirconia) utilizada como eletrólito em SOFCs de alta temperatura (800-1000°C). Neste trabalho, silicato de lantânio tipo apatita foi sintetizado pelo método sol-gel seguido de precipitação, a partir de Na2SiO3 como fonte de sílica. No método proposto, estudou-se rotas de síntese em meio ácido e básico para a formação do gel de sílica, seguida de precipitação. A fase cristalina de silicato de lantânio tipo apatita foi obtida pela calcinação de pós sintetizados a 900°C. Esta temperatura é muito inferior às praticadas em outros métodos convencionais de síntese. As análises por difração de raios X (DRX) mostraram silicato de lantânio tipo apatita como fase principal do material sintetizado na rota de síntese em pH ácido. No entanto, uma fase secundária indesejável, La2Si2O7, foi identificada quando o pó cerâmico foi calcinado a 1200°C. Por outro lado, pela rota básica, fase única de silicato de lantânio tipo apatita foi obtida após tratamento térmico dos precursores a 900 e 1200°C. Pastilha cerâmica obtida a partir dos pós obtidos e sinterizados a 1400°C por 4h, apresentaram fase cristalina pura de silicato de lantânio tipo apatita. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi utilizada para observar a morfologia dos pós e microestrutura das pastilhas sinterizadas. Pós cerâmicos finos com tamanho de partículas submicrométricas e microestrutura típica de apatita foram alcançadas pelo método proposto. / Lanthanum silicate apatite-type ceramics have been studied because of the great technological interest for IT-SOFC applications as electrolyte (Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cell). Ionic conductivity of those ceramics at intermediate temperatures (600-800°C) is higher than that of YSZ (Ytria Stabilized Zirconia) electrolyte used at high-temperatures (800-1000 °C) SOFCs. In this work, lanthanum silicate apatite-type was synthesized by sol-gel method followed by precipitation from Na2SiO3 as a source of silica. In the proposed method, synthesis routes in acid and basic medium to the formation of silica gel, followed by precipitation were studied. Apatite crystalline phase of lanthanum silicate ceramic was obtained by calcining the powders at 900°C. This temperature is much lower than those other conventional methods of synthesis. Analysis by x-ray diffraction (XRD) showed the lanthanum silicate apatite-type phase as the main phase of the synthesized material at the pH acid synthesis route. However, undesirable secondary phase, La2Si2O7, was recognized when the powder was calcined at 1200°C. On the other hand, by the basic route, single apatite-type phase powder was obtained after thermal treatment of the precursors at 900 and 1200°C. Ceramic pellet obtained from those powders sintered at 1400°C for 4h, presented pure apatite crystalline phase of lanthanum silicate. Scanning electron microscopy (SEM) was used to observe morphology of powders and microstructure of sintered pellets. Sub micrometric size powders and apatite typical microstructure ceramic were reached by the suggested method.

Cerâmicas de silicato de lantânio tipo apatita têm sido estudadas devido ao grande interesse tecnológico para aplicação como eletrólito em células a combustível de óxido sólido de temperatura intermediária (IT-SOFC: Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cell). A condutividade iônica dessas cerâmicas em temperaturas intermediárias (600-800°C) é maior do que a da YSZ (Ytria Stabilized Zirconia) utilizada como eletrólito em SOFCs de alta temperatura (800-1000°C). Neste trabalho, silicato de lantânio tipo apatita foi sintetizado pelo método sol-gel seguido de precipitação, a partir de Na2SiO3 como fonte de sílica. No método proposto, estudou-se rotas de síntese em meio ácido e básico para a formação do gel de sílica, seguida de precipitação. A fase cristalina de silicato de lantânio tipo apatita foi obtida pela calcinação de pós sintetizados a 900°C. Esta temperatura é muito inferior às praticadas em outros métodos convencionais de síntese. As análises por difração de raios X (DRX) mostraram silicato de lantânio tipo apatita como fase principal do material sintetizado na rota de síntese em pH ácido. No entanto, uma fase secundária indesejável, La2Si2O7, foi identificada quando o pó cerâmico foi calcinado a 1200°C. Por outro lado, pela rota básica, fase única de silicato de lantânio tipo apatita foi obtida após tratamento térmico dos precursores a 900 e 1200°C. Pastilha cerâmica obtida a partir dos pós obtidos e sinterizados a 1400°C por 4h, apresentaram fase cristalina pura de silicato de lantânio tipo apatita. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi utilizada para observar a morfologia dos pós e microestrutura das pastilhas sinterizadas. Pós cerâmicos finos com tamanho de partículas submicrométricas e microestrutura típica de apatita foram alcançadas pelo método proposto. / Lanthanum silicate apatite-type ceramics have been studied because of the great technological interest for IT-SOFC applications as electrolyte (Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cell). Ionic conductivity of those ceramics at intermediate temperatures (600-800°C) is higher than that of YSZ (Ytria Stabilized Zirconia) electrolyte used at high-temperatures (800-1000 °C) SOFCs. In this work, lanthanum silicate apatite-type was synthesized by sol-gel method followed by precipitation from Na2SiO3 as a source of silica. In the proposed method, synthesis routes in acid and basic medium to the formation of silica gel, followed by precipitation were studied. Apatite crystalline phase of lanthanum silicate ceramic was obtained by calcining the powders at 900°C. This temperature is much lower than those other conventional methods of synthesis. Analysis by x-ray diffraction (XRD) showed the lanthanum silicate apatite-type phase as the main phase of the synthesized material at the pH acid synthesis route. However, undesirable secondary phase, La2Si2O7, was recognized when the powder was calcined at 1200°C. On the other hand, by the basic route, single apatite-type phase powder was obtained after thermal treatment of the precursors at 900 and 1200°C. Ceramic pellet obtained from those powders sintered at 1400°C for 4h, presented pure apatite crystalline phase of lanthanum silicate. Scanning electron microscopy (SEM) was used to observe morphology of powders and microstructure of sintered pellets. Sub micrometric size powders and apatite typical microstructure ceramic were reached by the suggested method.

A temperatura de operação de células a combustível de óxido sólido (SOFCs) que utilizam zirconia estabilizada com itria (YSZ) como eletrólito é 1000 oC. Essa alta temperatura gera graves problemas relativos a materiais e vida util da célula. Por isso, condutores iônicos que possuem alta condutividade em temperaturas inferiores são pesquisados atualmente. Estudos mostraram que La10Si6O27 tipo apatita possui alta condutividade iônica de oxigenio, que é comparativamente maior que a de YSZ, a 500 oC, sendo, portanto, um potencial candidato como eletrólito para SOFC. O objetivo do presente trabalho é o desenvolvimento de técnicas de síntese de silicato de lantânio tipo apatita. Rotas inéditas de solgel modificada para sintetizar La9,33Si6O26 são propostas. Volumes estequiométricos de soluções de Na2SiO3 e LaCl3 foram misturados para a formação de gel de Si. Em seguida este gel foi calcinado a 900 °C, lavado, filtrado e tratado novamente a 900 °C. Em outra rota, volumes estequiométricos de soluções de Si (Na2SiO3 ou TEOS) e de La (LaCl3) foram utilizados para obtenção de gel de Si. Em seguida, hidróxido de La foi precipitado pela adição de uma base (NaOH ou NH4OH) ao gel. O material resultante foi calcinado a 900 °C, lavado, filtrado e tratado novamente a 900 °C. Pós de aglomerados fracos e alta sinterabilidade foram obtidos. DRX dos pós mostrou a estrutura de apatita monofásica a 900 oC. Morfologia de ceramica densa foi observada em imagens de MEV da superfície das pastilhas sinterizadas a 1200,1300 e 1400 oC por 4 h. Estas temperaturas e tempo de sinterização são significativas, pois no método convencional temperaturas superiores a 1700oC e tempos muito maiores são necessários para obtenção de tais cerâmicas. Densidades relativas superiores a 90% foram obtidas através dos métodos propostos. Uma conclusão importante é que TEOS, o reagente usual de alto custo, pode ser substituído por Na2SiO3, de preço muito mais baixo, para obter La9,33Si6O26 tipo apatita. / Solid oxide fuel cell (SOFCs) operating temperature that uses yttria stabilized zirconia (YSZ) as the electrolyte is 1000ºC. This high temperature causes serious problems concerning cell life and materials. Therefore, the ionic conductors which have high conductivity at lower temperature are currently researched. Studies have shown that the composition of La10Si6O27 apatite type has high oxygen ionic conductivity, which is comparably higher than that of YSZ, at 500 oC, it is therefore a potential candidate as for SOFC electrolyte. The objective of the present work is the development of lanthanum silicate with apatite type synthesis techniques. Novel modified solgel routes to synthesize La9.33Si6O26 are proposed. Stoichiometric volumes of Na2SiO3 and LaCl3 solutions were mixed for the formation of Si gel. This gel was calcined at 900 °C, washed, filtered and again thermally treated at 900 °C. In the other route, stoichiometric volumes of Si (Na2SiO3 or TEOS) and La (LaCl3) solutions were used for obtaining Si gel. Then, La hydroxide was precipitated by adding of a base (NaOH or NH4OH) to gel. Then the material was calcined at 900 °C, washed, filtered and again treated at 900 °C. Highly sinterable weakly agglomerated powders have been obtained. XRD patterns of the powders showed the single-phase apatite structure at 900 oC. Dense ceramic morphology was observed from the SEM images of surface of the pellets sintered at 1200, 1300 and 1400oC for 4h. This low temperature sintering and time of sintering are significant because the conventional method requires superior temperatures of 1700 oC to obtain the same dense ceramics. High relative densities higher than 90% was obtained via proposed methods. An Important conclusion is the TEOS, the usual high cost reagent, may be substituted by a cheap price Na2SiO3, to obtain apatite type La9.33Si6O26.