RESUMO As Pilhas a Combustível de Óxido Sólido (PaCOS) são conversores eletroquímicos particularmente adequados para a cogeração estacionária de energias elétrica e térmica com alta eficiência e baixo impacto ambiental, empregando diferentes combustíveis. No Brasil o uso de geradores PaCOS pode gerar benefícios ambientais e econômicos em várias situações; atributos que podem favorecer a difusão deles no país são a alimentação com etanol e a priorização da produção elétrica sobre a térmica. Nessa perspectiva, foi empreendido o desenvolvimento de um sistema PaCOS de microcogeração elétrica (500 W) alimentado com etanol, com eficiência comparável às tecnologias convencionais (superior a 30 %). Característica importante do projeto é a estrutura híbrida, com baterias capazes de satisfazer as oscilações da carga elétrica sem requerer variações da potência da pilha. O sistema funcionará utilizando diretamente o combustível, sem processamento químico externo ao empilhamento, coisa que simplifica e diminui o custo do protótipo. Depois da pesquisa bibliográfica, foi formulado um modelo matemático do sistema, para avaliar diferentes topologias construtivas e buscar os melhores parâmetros operacionais. Baseando-se na simulação, foram adquiridos ou projetados os componentes auxiliários do sistema. Foram testados uma bomba, dois sopradores e um inversor comerciais, que resultaram adequados à aplicação. Os trocadores de calor, o conversor CC/CC necessário para conectar o empilhamento às baterias e o sistema de controle do protótipo foram projetados. Dois modelos de PaCOS comerciais foram testados com hidrogênio e com uma mistura de água e etanol, confirmando o funcionamento adequado da bancada de teste e comprovando a viabilidade da operação em regime de reforma interna do etanol. Foi verificado que, apesar de ser possível, a substituição do hidrogênio com etanol acarreta relevantes problemas como redução da potência máxima e instabilidade no funcionamento. Os resultados obtidos completam os dados presentes na literatura sobre o funcionamento de PaCOS alimentadas com etanol e vapor.

Neste trabalho foram preparados filmes de manganita de lantânio dopados com estrôncio (LSM) nas concentrações de 0, 20 e 40 %at. depositados sobre substratos de silício monocristalino (100) tipo p e de zircônia estabilizada com ítria 8 % em mol (8ZEI) utilizando a técnica de spray-pirólise, tendo como objetivo principal sua utilização como catodo em pilhas a combustível de óxido sólido (PaCOS). Os filmes foram termicamente tratados a 900 ou 1000ºC por duas horas em atmosfera ambiente, tendo sido caracterizados estrutural e morfologicamente pelas técnicas de difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), respectivamente. Os resultados obtidos por MEV revelaram que o tipo de substrato tem grande influência na microestrutura dos filmes. Os filmes depositados em substratos de silício e tratados termicamente tendem a apresentar grande quantidade de trincas. Este fato se deve a incompatibilidade térmica entre filme e substrato, ocasionada pela grande diferença dos respectivos coeficientes de expansão térmica. Os filmes depositados sobre substratos de 8ZEI, além de apresentar maior uniformidade, se mostraram mais aderentes ao substrato. A análise das estruturas cristalográficas dos filmes de LSM tratados termicamente comprova a formação da fase cristalina referente à estrutura da perovskita.

Lanthanum manganite films doped with strontium (LSM) were deposited by spray-pyrolysis on p-type monocrystalline silicon (100) and yttria stabilized zirconia (YSZ) 8mol% substrates, aiming their application as cathode in solid oxide fuel cells (SOFC). The films were heat treated in air at 900 or 1000ºC for two hours and the structural and morphological properties were investigated using X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The results obtained by SEM revealed that the substrate type has great influence on the film microstructure. SEM images of the heat-treated films deposited on silicon substrates tend to present a great amount of cracks. This result is related with the thermal incompatibility between film and substrate, caused by the great difference of the respective thermal expansion coefficients. For films deposited on YSZ substrates better uniformity and adherence were observed. X-ray diffraction patterns of the thermal treated films revealed peaks corresponding to the perovskite structure.

O presente trabalho tem como objetivo principal estudar e desenvolver um método de fabricação de suspensões cerâmicas para anodos de PaCOS para impressão sobre eletrólitos planos através de serigrafia, que é uma técnica simples e de fácil escalabilidade, além de ter baixo custo e resultar em boas propriedades eletrocatalíticas dos componentes assim processados. As suspensões cerâmicas para o anodo foram fabricadas com óxido de níquel preparado no laboratório do GECAT na UFBA e com zircônia estabilizada com ítria (ZEI), céria dopada com gadolínio (CDG) e dispersante comerciais. Estas foram processadas em moinho planetário de bolas. Foram utilizados dois tipos de zircônia estabilizada com ítria para o anodo, uma com 4,3%mol de ítria e tamanho médio de partícula de 0,5 µm e outra com 9,3%mol de ítria e tamanho médio de partícula de 8 µm. Além disso, outra suspensão foi fabricada com YSZ com 9,3%mol de ítria fazendo-se uma adição de 5% em peso de GDC. Eletrólitos comerciais de zircônia estabilizada com 8%mol de ítria foram usados como suportes e para o catodo foi utilizada uma suspensão comercial de manganita de lantânio dopada com estrôncio (LSM) de estequiometria La0,8Sr0,2MnO3. As pilhas foram testadas a 950°C sob atmosfera de hidrogênio e de metano para se determinar o desempenho eletroquímico da pilha a combustível através dos gráficos de potencial e de densidade de potência em função da densidade de corrente. Análises de microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura para os eletrodos foram realizadas para se determinar a morfologia dos mesmos e a integridade após a utilização.

The main objective of this paper is to study and develop a fabrication method of ceramic suspensions for anodes of SOFC that could be printed on plane electrolytes by screen-printing, which is a simple technique, and of easy scalability, as well as being a low cost method that produces components with good electrocatalytic properties. The ceramic suspensions for the anodes were manufactured with a nickel oxide prepared in the GECAT’s laboratory at UFBA, and with commercial YSZ, GDC and dispersant, and were then processed in a planetary ball mill. Two kinds of YSZ were used for the anode, one with 4.3%mol of yttria and mean particle size of 0.5 µm and another with 9.3%mol of yttria and mean particle size of 8 µm. Besides, another suspension was fabricated with the 9,3%mol of yttria zirconia adding 5%wt of GDC. Commercial electrolytes of 8%mol YSZ were used as support and for the cathode a commercial ceramic suspension of LSM of stoichiometry La0,8Sr0,2MnO3 was used. The cells were tested at 950°C under hydrogen and methane atmospheres, so the electrochemical performance of the electrodes could be determined through graphics of potential and power density versus current density. Optical and scanning electron microscopy analyses were carried out to determine the morphology and the integrity after use of the electrodes.

An experimental program was performed to investigate the fundamental fatigue mechanisms of aluminum drill pipes. Initially, the fatigue properties were determined through small-scale tests performed in an optic-mechanical fatigue apparatus. Additionally, full-scale fatigue tests were carried out with three aluminum drill pipe specimens under combined loading of cyclic bending and constant axial tension. Finally, a finite element model was developed to simulate the stress field along the aluminum drill pipe during the fatigue tests and to estimate the stress concentration factors inside the tool joints. By this way, it was possible to estimate the stress values in regions not monitored during the fatigue tests.