F.M.B. Marques, Depº. de Engª de Materiais e Cerâmica Universidade de Aveiro, 3810-193 Aveiro, Portugal

Membranas Eletroquímicas Cerâmicas em Conversão de Energia

Fernando Marques

A procura de sistemas eficientes de conversão de energia como base para um desenvolvimento sustentável tem encontrado nos materiais cerâmicos propriedades únicas que estão a ser usadas numa grande diversidade de dispositivos eletroquímicos. Neste trabalho far-se-á uma breve referência a três aplicações principais envolvendo as chamadas pilhas de combustível de óxido sólido, a oxidação parcial do metano e a separação de CO2. O elemento central em todos estes dispositivos é a vulgarmente designada membrana eletroquímica, consistindo num cerâmico ou compósito de matriz cerâmica que assegura a separação física entre dois gases com composições distintas, mas que permite o transporte iónico (e eventualmente eletrónico) das espécies envolvidas na reação global destas membranas.
Nas pilhas de combustível de óxido sólido pretende-se um eletrólito cerâmico com excelente condução por iões óxido (ou protões). A condutividade eletrónica deste cerâmico deverá ser quase nula, sendo ainda exigida uma grande compatibilidade química e física em relação aos restantes constituintes da pilha. São candidatos usuais um conjunto de materiais com estrutura tipo fluorite, como as zircónias e cérias dopadas (ou perovesquites tipo ceratos ou zirconatos de terras alcalinas).
Nas membranas para oxidação parcial do metano, tendo em vista a produção de gás sintético (syngas), usam-se os chamados condutores mistos iónicos e eletrónicos. A propriedade a otimizar é a chamada condutividade ambipolar, sendo frequente o recurso a dopantes para transformar condutores exclusivamente iónicos em condutores mistos, ou o recurso a compósitos envolvendo dois cerâmicos com propriedades complementares. Também aqui se exige uma grande estabilidade química e dimensional num material que estará sujeito a importantes gradientes de atividade química de oxigénio.
Nas membranas de separação de CO2 pretende-se também otimizar a condutividade ambipolar de membranas compósitas, neste caso condutoras de iões óxido (cerâmico) e carbonato (sais fundidos). Entre os desafios encontrados será de mencionar a natureza fortemente corrosiva dos sais fundidos e a grande disparidade de níveis de condutividade iónica nos sistemas conhecidos, o que condiciona os níveis de condutividade ambipolar e eficiência da membrana.
As soluções de engenharia de materiais mais usadas para melhorar as propriedades destes materiais envolvem dopantes ou manipulação da microestrutura. Serão aqui brevemente apresentadas e discutidas diversas soluções tendo em vista melhorar o comportamento de todos estes tipos de membranas eletroquímicas, com especial destaque para a vulgarmente designada engenharia de contorno de grão e otimização de microestruturas de compósitos.

 

Copyright © 2016-2019 Metallum. Todos direitos reservados.
Site produzido por: SITESP.NET

Matérias-Primas,Síntese de Pós,Cerâmica Vermelha,Cerâmica Branca,Revestimento Cerâmico,Gesso e Cimento,Refratários / Isolantes Térmicos,Vidros e Vitrocerâmicos,Cerâmica Termo-Mecânica,Cerâmica Eletro-Eletrônica / Magnética,Compósitos,Biocerâmica,Reciclagem e Meio Ambiente,Arte e Design,Esmaltes / Fritas / Corantes,Ceramografia,Processamento,Nanotecnologia,Educação em Materiais Cerâmicos