Síntese de Ca3Co4O9( C349) para aplicações termoelétricas e eletroquímicas: potencialidade do uso de conchas de marisco como fonte natural de cálcio
A figura 1 apresenta novamente os dois subsistemas da cobaltita de cálcio mas nesta é possível ver que a estrutura apresenta tanto os parâmetros“ a” e“ c” como o ângulo de inclinação β iguais, no entanto, diferem nos eixos“ b” apresentando b1 e b2 correspondem aos parâmetros do subsistema de Ca 2
CoO 3
,
CoO 2
, respetivamente( MIYAZAKI, 2004). Esse desalinhamento é a explicação para a maior condutividade se concentra nos eixos“ a”“ b” e uma menor condutividade no eixo“ c”( MIYAZAWA, 2013-2014; REN, 2015). Vale a pena ressaltar que o subsistema central formado por [ Ca 2
CoO 3-δ
] 0,62 é deficiente de oxigênio formando vacâncias e atuando como dispersores de fônons, sendo, portanto, responsáveis pela baixa condutividade térmica. As camadas hexagonais de [ CoO 2
] tem como função o eficiente transporte eletrônico. Portanto, O C349 realiza o transporte de elétrons e podem por meio de difusão atômica permitir a migração controlada de oxigênio atuando assim como um forte candidato para catodos de células a combustível( MIYAZAWA, 2013- 2014; LIM, 2014). A fase Ca 3
Co 4
O 9 pode ser estável até 925 º C. Em temperaturas acima de 925 º C em atmosfera ambiente, a composição Ca 3
Co 4
O 9 sofre uma transição de fase a uma solução sólida Ca 3
Co 2
O 6 e CoO. A partir de 1026 ° C a composição tende a sofrer uma transição de fase a uma solução sólida de CaO e de CoO( WOERMANN, 1970; SEDMIDUBSKÝ, 2012; MADRE, 2013; ZHANG, 2006). Estudos mostram que mesmo depois da decomposição do composto em elevadas temperaturas é possível obter novamente o material na fase estável, através de uma pós-calcinação para melhoramento de propriedades, como por exemplo, a densificação( KANG, 2014). A aplicação mais promissora para este composto termoelétrico é nas células a combustíveis de óxido sólido( SOFC – Solid Oxide Fuel Cell), atuando como material de catodo neste tipo de dispositivo, onde ocorre a reação eletroquímica de redução do oxigênio em altas temperaturas( YAHIA, 2010; SAMSON, 2011).
Células a combustível
A célula a combustível está inserida no novo sistema de conversão de energia adotado por grandes potências mundiais como uma inovação contra a energia limitada e poluente( SHERI, 2005). É um dispositivo que utiliza a combinação química entre os gases( O 2
) e hidrogênio( H 2
) para gerar energia elétrica, energia térmica( calor) e água. Seu conceito se insere na“ economia do hidrogênio”, sendo o gás hidrogênio o elemento mais abundante do universo( LINARDI, 2010). As células a combustível são sistemas eletroquímicos capazes de converter a energia química diretamente em energia elétrica eficientemente sem serem limitadas pelo ciclo de Carnot, ou seja, não envolve a energia mecânica para geração de calor em eletricidade( TICIANELLI,). Elas são constituídas de um empilhamento de células, com o objetivo de aumentar a potência, onde cada célula é dividida por componentes que executa cada qual a sua função. Elas possuem inúmeras vantagens em aplicações geradoras de energia elétrica, algumas são:
i. Utilizam combustíveis confiáveis, leves e ilimitados; ii. Não funcionam através de dispositivos mecânicos, ou seja, são silenciosos, não necessitam de frequentes manutenções e possuem maior eficiência; iii. Tem tamanhos e pesos reduzidos e variados; iv. São capazes de operar em altas temperaturas, podem reutilizar energia térmica de indústrias pesadas; v. Possuem uma longa vida útil, são duradoras; vi. Podem ser aplicáveis em qualquer ambiente onde o fornecimento de energia é limitado. vii. Não poluem, geram apenas água e eletricidade.
Célula a combustível de óxido sólido( SOFC)
Série Iniciados v. 23
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