Título do projecto
Desenvolvimento de novos condutores com condução por iões intersticiais para separação de oxigénio e conversão de hidrocarbonetos

Objectivos
No actual projecto pretende-se o desenvolvimento de novos cerâmicos com elevada mobilidade iónica, para aplicações electroquímicas de alta temperatura, tais como pilhas de combustível de electrólito sólido ou membranas para oxidação parcial de hidrocarbonetos. Em comparação com as tecnologias convencionais, os processos electroquímicos permitem maior eficiência e menores emissões de sub-produtos ou poluentes. Contudo, a maioria dos condutores mistos iónicos e electrónicos (CMIE) apresenta desvantagens tais como elevada expansão térmica e/ou química (sob gradientes de potencial químico), relacionadas com o mecanismo de transporte de lacunas de oxigénio. Alguns novos materiais à base de La2NiO4 ou La10Si6O27 possuem condutividade iónica por iões intersticiais, sem risco de expansão química excessiva. Nestes materiais, a mobilidade iónica parece envolver peculiaridades estruturais, cujo estudo é ainda necessário para o desenvolvimento de novos materiais com as características desejadas. O estudo detalhado das propriedades de transporte e a termodinâmica da troca de oxigénio com a atmosfera também é necessário para o desenvolvimento de sistemas à escala industrial. O projecto dá ênfase ao estudo de CMIE com condutividade iónica por iões intersticiais, com os objectivos de revelar as peculiaridades deste mecanismo de transporte e desenvolver novos materiais com melhores estabilidade e mobilidade iónica. O estudo incidirá sobre uma série de materiais à base de La2NiO4, com adequadas modificações de composição para optimizar a estrutura e a concentração de defeitos responsáveis pelo transporte iónico. São ainda objectivos particulares deste projecto:

• estudar detalhadamente as condutividades iónica e electrónica, a estrutura cristalina, microestrutura e expansão térmica de materiais seleccionados;
• avaliar a estabilidade de fase e estequiometria de oxigénio em diferentes atmosferas e sob o efeito de elevados gradientes de potencial químico de oxigénio;
• estudar os mecanismos de transporte de oxigénio numa vasta gama de valores de temperatura e pressão parcial de oxigénio e efectuar simulações atomísticas da migração de iões intersticiais;
• optimizar as composições de CMIE no que diz respeito a mobilidade iónica e estabilidade em condições redutoras.

O projecto é organizado em 4 tarefas principais, incluindo processamento cerâmico convencional e por técnicas alternativas, caracterização estrutural, microestrutural, térmica e por diversas técnicas eléctricas e electroquímicas, a determinação da estequiometria de oxigénio e análise da interacção entre defeitos pontuais. As principais técnicas a utilizar compreendem microscopia electrónica e microanálise (MEV/EDS, MET), DRX, ATD/ATG, titulação coulombimétrica, dilatometria, medidas de condutividade eléctrica AC e DC, medidas de termo-fem e outras técnicas originais de medidas de eficiência faradaica e de permeabilidade de oxigénio, desenvolvidas pela equipa, que serão usadas para determinar números de transporte e mobilidade. Será usado software específico (GULP) para efectuar simulações atomísticas.

Entidades Parceiras
Centro de Investigação em Materiais Cerâmicos e Compósitos da Universidade de Aveiro
Escola Superior de Tecnologia e Gestão do Instituto Politécnico de Viana do Castelo

Responsável
Prof. Doutor João Abrantes (ESTG)

Programa financiador
POCTI

Duração
36 Meses