Controle da forma de nanopartículas de céria para fabricação de células a combustível

Fabio Coral Fonseca
Bacharel em Física pela Universidade de São Paulo (USP) em 1993, obteve mestrado em Tecnologia Nuclear-Materiais pela USP (1996) e doutorado pela mesma instituição em 2001, com estágio sanduíche em 2000 na Université Lille 1 (França) . Foi bolsista FAPESP em dois pós-doutorados: no Instituto de Física da USP (2001 a 2003) e no Forschungszentrum Jülich, Alemanha (2008). Desde 2005 é bolsista de produtividade do CNPq. É tecnologista sênior do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) e gerente do Centro de Células a Combustível e Hidrogênio (CCCH) desde 2013. Tem experiência na área de Ciência de Materiais com ênfase em eletrocerâmicas, atuando principalmente na pesquisa e desenvolvimento de materiais para células a combustível. É pesquisador em Centro de Pesquisa em Engenharia (CPE) da FAPESP, o Research Center for Gas Innovation (RCGI), e coordena divisão de pesquisa do CPE Fapesp-Shell Center for Innovation on New Energies (CINE).

Resumo
As células a combustível de óxidos sólidos (SOFCs) de última geração exibem além dos componentes básicos, eletrólito, catodo e anodo, camadas interfaciais funcionais. Estas camadas interfaciais são necessárias para se conseguir elevado desempenho em temperaturas intermediárias e para possibilitar o uso de combustíveis alternativos ao hidrogênio, como o etanol e o metano. O processamento dessas camadas é um dos grandes desafios para se fabricar dispositivos eficientes e duráveis. Os estudos aqui apresentados mostram tentativas de se controlar a forma de nanopartículas usadas na fabricação de camadas funcionais de SOFC visando melhorar o desempenho e otimizar o processamento. O controle da forma foi feito por estudos sistemáticos da influência dos parâmetros de síntese de métodos químicos, como a co-precipitação e hidrotermal, na forma de cristais monofásicos de céria. A céria é escolhida, pois é um componente chave em camadas que necessitam elevada densidade, como a camada de barreira de difusão entre o eletrólito e o catodo cobaltita-ferrita, e por sua atividade catalítica em camadas porosas para processamento do combustível no anodo. Um grande desafio é a obtenção de nanoestruturas com grande atividade para sinterização em temperatura mais baixa que a da reação entre a céria e a zircônia, e estruturas que mantenham a porosidade em altas temperaturas. Controlando-se o tempo e a temperatura durante a síntese são produzidos nanofios, nanocubos e nanofolhas de céria dopada com gadolínio. Foi observado que dependendo da forma as propriedades de difusão e de sinterização mudam drasticamente. Exemplos da aplicação destes materiais serão apresentados em células a combustível de temperatura intermediária à base de céria e de SOFC a etanol direto.