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Previous issue date: 2014-10-09 / The ZEBRA battery (Zero Emission Battery Research Activity) is an efficient electrochemical energy storage device with high energy density and high power. This has been considered one of the key technologies for insertion into the economic market of electric vehicles and for stationary energy applications. However, due to high internal resistance of this device causes an intense search for new materials for the reduction of this issue. Na-β -alumina solid electrolytes, due to its high ionic conductivity for sodium ions, are among the most promising oxide ionic conductors for the ZEBRA battery, operating at temperatures of approximately 300 ºC, with high efficiency. However, the greatest difficulty in using Na-β -alumina is related to the instability of this phase at higher sintering temperatures, in excess of 1300 ºC. The critical point of this electrolyte is the ceramic processing, which can influence the final mechanical and electrical properties of the material. In this work, the focus was to balance the mechanical and electrical properties through the reduction of microstructure defects, using processed powders with different raw materials and sintering conditions. The microstructure, electric conductivity and mechanical strength of Na-β -alumina samples were evaluated, produced by changing the sodium (Na2CO3 or NaNO3), lithium (LiNO3 or LiAl5O8) and aluminum source (AlO(OH) or Al2O3). The microstructure, and consequently the electric conductivity and mechanical strength were dependent on the type of raw materials and sintering profile. Electrical conductivity of 10-1 S.cm-1 at 300 °C and fracture strength of ~ 111 MPa were obtained after the processing variables improvement have been reached. These values are in full agreement with data available in the literature. / A bateria ZEBRA (Zero Emission Battery Research Activity) é um eficiente dispositivo de armazenamento eletroquímico de energia, com alta densidade de energia e elevada potência. Esta tem sido considerada uma das principais tecnologias para inserção no mercado econômico de veículos elétricos e para aplicações de energia estacionária. Entretanto, devido à alta resistência interna deste dispositivo, faz com que haja uma intensa busca por novos materiais para a redução desta variável. Eletrólitos sólidos de Na-β -alumina, devido à sua elevada condutividade iônica para os íons sódio, estão entre os óxidos condutores iônicos mais promissores para a bateria ZEBRA, operando a temperaturas de aproximadamente 300 ºC, com alta eficiência. Entretanto, a maior dificuldade em se utilizar a Na-β -alumina está relacionada com a instabilidade desta fase a altas temperaturas de sinterização, superiores à 1300 ºC. O ponto crítico deste eletrólito está em seu processamento cerâmico, que está diretamente relacionado às propriedades mecânicas e elétricas do material. No presente trabalho o enfoque foi equilibrar as propriedades mecânicas e elétricas através da redução de defeitos na microestrutura, utilizando pós processados com diferentes matérias-primas e condições de sinterização. Foram avaliadas a microestrutura, condutividade elétrica e resistência mecânica de amostras de Na-β -alumina, produzidas alterando a fonte de sódio (Na2CO3 ou NaNO3), a fonte de lítio (LiNO3 ou LiAl5O8) e a fonte de alumínio (AlO(OH) ou Al2O3). A microestrutura, e por consequência a condutividade elétrica e a resistência mecânica foram dependentes do tipo de matéria-prima e perfil de sinterização. Condutividade elétrica de 10-1 S.cm-1 a 300 °C e resistência mecânica a fratura de ~ 111 MPa foram obtidas após o domínio sobre as variáveis de processamento ter sido atingido. Estes valores estão em pleno acordo com dados disponíveis na literatura.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/934 |
| Date | 09 October 2014 |
| Creators | Rodrigues, Daisy Catharina |
| Contributors | Souza, Dulcina Maria Pinatti Ferreira de |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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