INSTITUTO DE PESQUISAS ENERGÉTICAS E NUCLEARES
Repositório Digital da Produção Técnico Científica

Development of functional layers for direct ethanol solid oxide fuel cells

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dc.contributor.advisor Fabio Coral Fonseca pt_BR
dc.date 2022 pt_BR
dc.date.accessioned 2022-09-09T13:37:34Z
dc.date.available 2022-09-09T13:37:34Z
dc.identifier.uri http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/33274
dc.description.abstract This thesis explores the synthesis and application of cerium oxide as a material in solid oxide fuel cells (SOFC) with tailored properties to decrease the processing temperature and improve the effectiveness of the catalytic and electrochemical reactions. Three approaches were investigated: i) a precipitation route for the synthesis of gadolinium doped ceria (CGO) with a sintering aid, ii) shape control of nanoceria by a hydrothermal route and application of the materials as an SOFC electrolyte and as catalytic layer for direct operation of an SOFC with ethanol, and iii) the application of a doped ceria barrier layer and nanostructured layer by a physical deposition method. The precipitation route showed to be efficient for the synthesis of nanometric ceria and the addition of Fe2O3 enhanced the sintering mechanism. It was inferred that Fe mostly segregates at the grain boundary interfaces of CGO, therefore, decreasing the grain boundary energy and favouring the elimination of the solid-gas interface. Nonetheless, Fe-rich phase precipitates were found to enhance the electronic contribution of CGO. Thus, the use of transition metal oxide as a sintering aid in ceria-based electrolytes should be controlled to avoid changes in charge transport in the electrolyte. The hydrothermal route was investigated as a novel approach to controlling the densification mechanism in the material. Through this simple route, CGO nanorods and nanocubes were synthesized by controlling the temperature. The CGO nanorods exhibited high surface energy, promoting mass diffusion at lower temperatures leading to a rapid densification and were therefore successfully applied as an electrolyte material in an electrolyte supported SOFC fully sintered at 1150 ºC operating at intermediate temperature. On the other hand, the CGO nanocubes had a very low sintering activity, attributed to their higher surface stability. The CGO nanorods and the CGO nanocubes were further evaluated to be applied as support materials for Ni-based catalysts in the steam reforming reaction of ethanol at intermediate temperature. The Ni catalyst on the CGO nanorod support displayed the highest activity after a heat treatment analogous to that for processing SOFCs. Hence, it was employed as a catalytic layer in an SOFC operating directly with ethanol. It was demonstrated that the fuel cell remained stable under operating condition with a continuous flow of anhydrous ethanol. Nanostructured doped ceria functional layers deposited by pulsed laser deposition (PLD) were applied as a barrier layer and as a cathode interlayer. The deposition of such functional layers was shown to enhance the cell's performance, having a role in both the durability, and increasing the oxygen reduction reaction sites. In summary, this thesis contributes towards the development of nanomaterials with tailored properties for application as functional layers of high performance SOFC. pt_BR
dc.description.sponsorship Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) pt_BR
dc.format.extent 195 pt_BR
dc.rights openAccess pt_BR
dc.subject temperature measurement
dc.subject catalytic converters
dc.subject electrochemical cells
dc.subject solid oxide fuel cells
dc.subject cerium oxides
dc.subject gadolinium
dc.subject iron oxides
dc.subject nanomaterials
dc.subject synthesis
dc.subject steam
dc.subject reformer processes
dc.subject hydrogen production
dc.subject layers
dc.subject deposition
dc.subject pulse shapers
dc.subject lasers
dc.title Development of functional layers for direct ethanol solid oxide fuel cells pt_BR
dc.title.alternative Desenvolvimento de camadas funcionais para células a combustível de óxidos sólidos a etanol direto pt_BR
dc.type Tese pt_BR
ipen.identifier.ipendoc 28930 pt_BR
sigepi.autor.atividade LIVINALLI, MARINA M.:14393:610:S pt_BR
dc.coverage N pt_BR
dc.creator.author LIVINALLI, MARINA M. pt_BR
dc.description.notasgerais Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) pt_BR
dc.description.notastese IPEN/T pt_BR
dc.description.teseinstituicao Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP pt_BR
dc.local São Paulo pt_BR
ipen.autor LIVINALLI, MARINA M. pt_BR
ipen.date.recebimento 22-09
ipen.meioeletronico https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-18082022-154257/pt-br.php pt_BR
ipen.codigoautor 14393 pt_BR
dc.description.sponsorshipID FAPESP: 16/07156-4; 19/04499-6; 19/21159-4 pt_BR
dc.identifier.doi 10.11606/T.85.2022.tde-18082022-154257 pt_BR


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Autor: Maprelian

Título: loss of coolant

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Ano de publicação: 2015

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A elaboração do projeto do RI do IPEN foi iniciado em novembro de 2013, colocado em operação interna em julho de 2014 e disponibilizado na Internet em junho de 2015. Utiliza o software livre Dspace, desenvolvido pelo Massachusetts Institute of Technology (MIT). Para descrição dos metadados adota o padrão Dublin Core. É compatível com o Protocolo de Arquivos Abertos (OAI) permitindo interoperabilidade com repositórios de âmbito nacional e internacional.

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2. A experiência do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN-CNEN/SP) na criação de um Repositório Digital Institucional – RDI, clique aqui.

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