Formas alternativas de geração de energia elétrica têm sido estudadas e
desenvolvidas, especialmente as que utilizam fontes renováveis. Entre estas, as
células a combustível destacam-se como uma tecnologia bastante promissora. Entre
os vários tipos, a célula a combustível óxido sólido (SOFC) possui a vantagem de
trabalhar com conversão de vários combustíveis gasosos com atmosfera redutora que
pode conter por exemplo, H2, CO, CH4, CO2 e H2O. Nestas células, o eletrólito deve
ser impermeável aos gases que são difundidos nos eletrodos, para impedir que eles
se misturem. O aluminato de cálcio (CA) via método dos precursores poliméricos é
um material que tem potencial para ser utilizado como eletrólito em SOFC. Logo, neste
trabalho propõe-se a obtenção de uma mono célula a combustível óxido sólido
constituída de aluminatos de cálcio. Para este fim, o óxido de níquel é misturado com
CA (CA/NIO) para obter o anodo e a manganita de lantânio dopada com estrôncio
misturada com CA (CA/LSM) para obter o cátodo, ambos via síntese de combustão.
Devido a diferença dos coeficientes de expansão térmica (CET) entre o eletrólito (CA)
e os eletrodos (CA/NIO e CA/LSM), é necessário a adição do CA aos eletrodos. Para
a montagem da mono célula foi utilizado o método de prensagem associado à técnica
de Materiais com Gradiente de Funcionalidade (FGM), obtendo-se diversas camadas
com proporções distintas dos eletrodos. Posteriormente, foi realizado o teste de
funcionamento e desempenho da mono SOFC. Diferentes caracterizações foram
realizadas como, MEV e MET, análise química, propriedades térmicas, gap ótico,
propriedades elétricas em corrente DC e AC, densidade aparente e relativa bem como
a caracterização eletroquímica para testar a desempenho da mono SOFC com gás
acetileno. Após as caracterizações dos pós do CA, verificou-se a partir das análises
de difração de Raios X e Raman, a presença e coexistência das duas fases: Ca3Al2O6
(celita) com 70,157 % e Ca12Al14O33 (mayenita) com 29,843 %, chamado Composição
Bifásica de Celita e Mayenita auto-modificada (CBCM). Além disso, foi observado que
possui uma condutividade mista (iônica e eletrônica) e sob a condição de uma
atmosfera redutora, na faixa de temperatura de 750-950 °C, uma energia de ativação
de 2,98 eV. Nesse contexto, o CA possui um transporte eletrônico de condução,
podendo ser governado pela fase de menor concentração, a mayenita, por sua
natureza e concentração de grandes defeitos. A SOFC foi montada com agente de
porosidade e com FGM, obtendo 3 camadas porosas para o anodo e para o cátodo,
e 1 camada densa de eletrólito. Verificou-se que a espessura do eletrólito ficou entre
20 µm a 40 µm. Em relação ao teste de desempenho e funcionamento da célula,
utilizou-se a atmosfera de pC2H2 (anodo)= 0,7537 mV. Atmosfera não usada
normalmente, sendo portanto um diferencial neste trabalho. Outra medida foi de
potencial de circuito aberto na temperatura de 600 °C, obtendo-se um valor de 915
mV, bem próximo ao esperado, Potencial de Nernst de 1200 mV. Após o teste de
desempenho da célula da SOFC, notou-se visualmente que o composto CA/NIO
mudou sua coloração de verde para preto, evidenciando que este foi reduzido pela
atmosfera de acetileno, gerando níquel metálico.