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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Eletrodeposição de cobalto em aço inox ferrítico AISI 430 estabilizado ao nióbio: aplicação como interconector de pilhas a combustível de óxido sólido
Authors: Roberta de Carvalho Borges Garcia
First Advisor: Tulio Matencio
First Referee: Rosa Maria Rabelo Junqueira
Second Referee: Vanessa de Freitas Cunha Lins
Abstract: As pilhas a combustível de óxido sólido (PaCOS) são dispositivos capazes de converter energia química em energia elétrica com alta eficiência e baixo índice de poluição. Elas são compostas por várias células unitárias (anodo, eletrólito, catodo) conectadas em série pelos interconectores que têm a dupla função de promover o contato elétrico e fazer a distribuição dos gases entre duas células unitárias adjacentes. Dentre todos os componentes da PaCOS, os interconectores estão sujeitos às mais severas condições durante o período de operação e, portanto, devem atender aos mais rigorosos requisitos para o seu bom funcionamento. Os interconectores metálicos apresentam diversas vantagens como baixo custo, alta condutividade térmica e elétrica, boa resistência mecânica e facilidade de fabricação. Os aços inoxidáveis ferríticos são os materiais mais promissores para essa aplicação, entretanto podem sofrer oxidação durante a operação das PaCOS, cujas temperaturas situam-se entre 600 e 1000ºC. A volatilização do cromo provocando envenenamento do catodo é outro empecilho para o uso desses materiais como interconector. Uma possível solução para esses problemas é aplicação de revestimentos protetores. O objetivo desse trabalho é obter filmes densos e uniformes de óxido de cobalto sobre o aço inoxidável ferrítico AISI 430 estabilizado ao nióbio utilizando três técnicas de eletrodeposição: potenciostática, galvanostática e corrente pulsada. Após a deposição todas as amostras foram submetidas a um tratamento térmico de 100 horas a 800ºC em ar simulando as condições de operação da célula do lado do catodo. Os filmes obtidos foram caracterizados por Difração de Raios X para verificar a formação da camada de óxido de cobalto. Nessas amostras, a resistência específica de área (REA) foi medida durante a oxidação em ar a 800ºC durante 24 horas usando o método DC duas pontas quatro fios. A partir desses dados algumas amostras foram selecionadas para serem caracterizadas por Microscopia Eletrônica de Varredura e Espectroscopia de Energia Dispersiva. Também foi realizado um ensaio de oxidação a 800ºC em ar por 1.000 horas para avaliar o ganho de massa.
Abstract: Solid oxide fuel cells (PaCOS) are devices capable of converting chemical energy into electrical energy with high efficiency and low pollution. They are composed of several unit cells (anode, electrolyte, cathode) connected in series by the interconnectors that have the dual function of promoting the electrical contact and making the distribution of the gases between two adjacent unit cells. Of all the components of the PaCOS, the interconnectors are subject to the most severe conditions during the period of operation and therefore must meet the most stringent requirements for their proper functioning. The metallic interconnectors have several advantages such as low cost, high thermal and electrical conductivity, good mechanical resistance and ease of manufacture. Ferritic stainless steels are the most promising materials for this application, however they may undergo oxidation during the operation of the PaCOS, whose temperatures are between 600 and 1000ºC. The volatilization of chromium causing cathode poisoning is another impediment to the use of these materials as an interconnector. One possible solution to these problems is the application of protective coatings. The objective of this work is to obtain dense and uniform films of cobalt oxide on the AISI 430 ferritic stainless steel stabilized to the niobium using three techniques of electrodeposition: potentiostatic, galvanostatic and pulsed current. After deposition all the samples were subjected to a heat treatment of 100 hours at 800ºC in air simulating the conditions of operation of the cathode side cell. The obtained films were characterized by X-ray diffraction to verify the formation of the cobalt oxide layer. In these samples, area specific resistance (ASR) was measured during oxidation in air at 800 ° C for 24 hours using the two-wire four-wire DC method. From these data some samples were selected to be characterized by Scanning Electron Microscopy and Dispersive Energy Spectroscopy. An oxidation test at 800ºC in air per 1,000 hours was also carried out to evaluate the mass gain.
Subject: Cobalto
Eletrodeposição
Engenharia quimica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/RAOA-BCTM63
Issue Date: 26-Feb-2019
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