A carregar...
Publicação
Development and electrochemical testing of a new family of electrodes for Solid Oxide Cells: The future of energy production
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 4.65 MB | Adobe PDF |
Orientador(es)
Resumo(s)
The exponential rise in population, urbanization, and industrialization, together with modern living standards, has led to a sharp increase in energy demand. Heavy reliance on fossil fuels has severely affected the environment and human health, with the power sector standing out as a major source of greenhouse gas emissions and pollutants. As a result, hydrogen has gained significant attention as a clean alternative, and many nations are investing in fuel cell research. Among these, solid oxide fuel cells (SOFCs) have emerged as a commercially viable option at small scale, producing negligible emissions and showing promise through efforts to reduce operating temperatures, material costs, and polarization losses. Within this context, High Entropy Oxides (HEOs), a class of High Entropy Materials (HEMs), have drawn increasing interest over the past 15 years due to their potential to enhance SOFC technology. To explore this potential, two types of HEOs were tested: HEO-5, containing chromium, and HEO-7, without chromium. They were subjected to electrochemical and morphological experiments to assess their behavior as electrodes. HEO-5 corresponded to expectations, maintaining a stable current over long periods and performing comparably to other electrodes. In solid oxide electrolysis cell (SOEC) mode, it showed a polarization resistance (Rp) of 0.207 Ω · cm2 at 900°C, with cell voltage degrading only slightly from 1.080 V to 1.020 V after 72 h at 0.195 A/cm2. In contrast, HEO-7 did not meet expectations, although the absence of chromium was thought to improve performance by avoiding cluster formation, its results were less favorable as it exhibited an Rp of 0.110 Ω · cm2 at 900°C but degraded almost immediately under operation. Additionally, HEO-7 requires further optimization of its microstructure and electrode/electrolyte interface before its suitability for future research can be determined.
O aumento exponencial da população, urbanização e industrialização, aliado aos padrões de vida modernos, levou a um acentuado crescimento da procura de energia. A forte dependência dos combustíveis fósseis afetou gravemente o ambiente e a saúde humana, destacando-se o setor elétrico como uma das principais fontes de emissões de gases com efeito de estufa e poluentes. Como resultado, o hidrogénio tem ganho uma atenção sig- nificativa como alternativa limpa, e muitos países estão a investir em investigação sobre células de combustível. Entre estas, as células de combustível de óxido sólido (SOFCs) sur- giram como uma opção comercialmente viável em pequena escala, produzindo emissões praticamente nulas e revelando potencial através de esforços para reduzir as temperaturas de operação, os custos dos materiais e as perdas por polarização. Neste contexto, os Óxidos de Alta Entropia (HEOs), uma classe de materiais de Alta Entropia (HEMs), têm desper- tado crescente interesse nos últimos 15 anos devido ao seu potencial para melhorar a tecnologia SOFC. Para explorar esse potencial, foram testados dois tipos de HEOs: HEO-5, contendo crómio, e HEO-7, sem crómio. Estes foram submetidos a ensaios eletroquímicos e morfológicos para avaliar o seu comportamento como eletrodos. O HEO-5 correspondeu às expectativas, mantendo uma corrente estável durante longos períodos e apresentando um desempenho comparável a outros eletrodos. Em modo de célula eletrolítica de óxido sólido (SOEC), apresentou uma resistência de polarização (Rp) de 0,207 Ω · cm2 a 900 °C, com a tensão da célula a degradar apenas ligeiramente de 1,080 V para 1,020 V após 72 h a 0,195 A/cm2. Em contraste, o HEO-7 não correspondeu às expectativas; embora se pensasse que a ausência de crómio pudesse melhorar o desempenho ao evitar a formação de aglomerados, os seus resultados foram menos favoráveis, exibindo uma Rp de 0,110 Ω· cm2 a 900 °C mas degradando quase imediatamente em operação. Além disso, o HEO-7 requer uma otimização adicional da sua microestrutura e da interface eletrodo/eletrólito antes que a sua adequação para futuras investigações possa ser determinada.
O aumento exponencial da população, urbanização e industrialização, aliado aos padrões de vida modernos, levou a um acentuado crescimento da procura de energia. A forte dependência dos combustíveis fósseis afetou gravemente o ambiente e a saúde humana, destacando-se o setor elétrico como uma das principais fontes de emissões de gases com efeito de estufa e poluentes. Como resultado, o hidrogénio tem ganho uma atenção sig- nificativa como alternativa limpa, e muitos países estão a investir em investigação sobre células de combustível. Entre estas, as células de combustível de óxido sólido (SOFCs) sur- giram como uma opção comercialmente viável em pequena escala, produzindo emissões praticamente nulas e revelando potencial através de esforços para reduzir as temperaturas de operação, os custos dos materiais e as perdas por polarização. Neste contexto, os Óxidos de Alta Entropia (HEOs), uma classe de materiais de Alta Entropia (HEMs), têm desper- tado crescente interesse nos últimos 15 anos devido ao seu potencial para melhorar a tecnologia SOFC. Para explorar esse potencial, foram testados dois tipos de HEOs: HEO-5, contendo crómio, e HEO-7, sem crómio. Estes foram submetidos a ensaios eletroquímicos e morfológicos para avaliar o seu comportamento como eletrodos. O HEO-5 correspondeu às expectativas, mantendo uma corrente estável durante longos períodos e apresentando um desempenho comparável a outros eletrodos. Em modo de célula eletrolítica de óxido sólido (SOEC), apresentou uma resistência de polarização (Rp) de 0,207 Ω · cm2 a 900 °C, com a tensão da célula a degradar apenas ligeiramente de 1,080 V para 1,020 V após 72 h a 0,195 A/cm2. Em contraste, o HEO-7 não correspondeu às expectativas; embora se pensasse que a ausência de crómio pudesse melhorar o desempenho ao evitar a formação de aglomerados, os seus resultados foram menos favoráveis, exibindo uma Rp de 0,110 Ω· cm2 a 900 °C mas degradando quase imediatamente em operação. Além disso, o HEO-7 requer uma otimização adicional da sua microestrutura e da interface eletrodo/eletrólito antes que a sua adequação para futuras investigações possa ser determinada.
Descrição
Palavras-chave
SOFC SOEC High Entropy Oxides