Cerâmicas condutoras de prótons baseadas em zirconato de bário têm sido amplamente estudadas como eletrólitos para células a combustível cerâmicas protônicas (P SOFCs), devido à sua elevada estabilidade química e potencial de condução em temperaturas intermediárias (1). Nesse contexto, a dopagem com diferentes elementos trivalentes é uma estratégia para introduzir vacâncias de oxigênio e otimizar a mobilidade dos prótons. No entanto, a escolha do dopante exerce influência significativa não apenas nas propriedades elétricas, mas também na formação de fase e na microestrutura dos materiais (2). Neste trabalho, foi realizado um estudo comparativo entre dois sistemas baseados em BaZrO3: o sistema co-dopado com cério, ítrio e itérbio (BZCYYb) e o sistema dopado com ítrio e escândio (BZYSc) com o objetivo de investigar a influência de dopantes trivalentes na microestrutura e nas propriedades elétricas de perovskitas à base de BaZrO3, estabelecendo correlações entre composição química, processamento cerâmico e mecanismos de condução. Os materiais foram sintetizados pelo método Pechini, visando garantir elevada homogeneidade química, e posteriormente calcinados. Óxido de Zinco (ZnO) foi utilizado como aditivo de sinterização, a fim de auxiliar na obtenção de materiais cerâmicos densos. A caracterização estrutural por difração de raios X (DRX) confirmou a formação da fase majoritária perovskita em ambos os sistemas. As análises térmicas (TGA/DSC) confirmaram etapas típicas de decomposição dos precursores, permitindo a definição de condições adequadas de calcinação. A análise microestrutural por microscopia eletrônica de varredura (MEV) revelou variações significativas no tamanho de grão e no grau de densificação entre os sistemas, indicando que os diferentes dopantes influenciam diretamente na densificação. As propriedades elétricas foram investigadas por espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS), em diferentes atmosferas (ar estático, hidrogênio e hidrogênio úmido) permitindo a análise das contribuições do grão e dos contornos de grão por meio dos diagramas de Nyquist. A análise dos gráficos de Arrhenius permitiu determinar as energias de ativação, evidenciando variações nos mecanismos de condução entre os sistemas estudados. De modo geral, o sistema BZCYYb apresentou maior influência da microestrutura nas propriedades elétricas, especialmente devido aos efeitos associados aos contornos de grão. Por outro lado, o sistema BZYSc indicou diferenças relacionadas à estrutura cristalina e à possível modificação na concentração e mobilidade de prótons. Esses resultados destacam a importância da escolha do dopante no desempenho de eletrólitos condutores de prótons, fornecendo uma visão para o desenvolvimento de eletrólitos cerâmicos mais eficientes para aplicações em células a combustível protônicas de temperatura intermediária.
Os autores agradecem o apoio do Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, do Programa de Capacitação em Recursos Humanos da UFABC (PRH49) da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP) e da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP, processo número 2025 182049).
Referências
1 Clarita Y Regalado Vera et al 2021 J. Phys. Energia 3 032019.
2 Elisa Gilardi et al 2017 J. Phys. Chem. C, 121, 18, 97399747.
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