Resumen Usando las técnicas de espectroscopia de impedancia (IS), calorimetría de barrido diferencial (DSC), análisis termogravimetrico (TGA) y espectros copia infrarroja (FTIR) se estudió el sistema polimérico (1 x)(H3PO2/ PVA) + xTiO2 el cual fue preparado usando el método de sol-casting a diferentes porcentaje de peso de nanopartículas de TiO2, x ≤ 10.0%. Los resultados de DSC muestran que la transición vítrea para la fracción molar de P/OH = 0.3 emerge alrededor de 75 ºC y para las muestras dopadas con TiO2 alrededor de 35 ºC; el punto de fusión para todas las membranas aparece alrededor de los 175 ºC. Los espectros de FTIR muestran cambios en los perfiles de las bandas de absorción con la adicción del H3PO2 y las diferentes concentraciones de TiO2. Los resultados de IS muestran relajaciones dieléctricas y de conductividad al igual que un cambio en la conductividad iónica DC con el contenido de TiO2. La conductividad iónica es del orden de 10 − 2 S/cm para 5.0% de TiO2. Los TGA en los barridos de calentamiento muestran pérdida de agua lo cual está de acuerdo con las medidas de conductividad DC.

Abstract Using impedance spectroscopy (IS), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA), and infrared spectroscopy (IR) techniques to study the polymer electrolyte membranes based on poly(vinyl alcohol) (PVA) and hypophosphorous acid (H3PO2) with different titanium oxide nanoparticles (TiO2) concentrations. The polymer systems (1-x)(H3PO2/ PVA) + xTiO2 were prepared using the sol-casting method and different weight percent of TiO2, x ≤ 10.0%. The DSC results show that the glass transition for molar fraction P/OH = 0.3 appears around 75 ºC and for the samples doped with TiO2 around 35 ºC; the melting point for all membranes appear around 175 ºC. The FTIR spectra show changes in the profiles of the absorption bands with the addition of H3PO2 and the different concentrations of TiO2. The IS results show dielectric and conductivity relaxations as well as a change in DC ionic conductivity with the TiO2 content. The order of the ionic conductivity is about 10 − 2 S/cm for 5.0% of TiO2. The TGA in the heating run shows water loss that is in agreement with DC conductivity measurements.

In this paper we report elastic modulus and ionic conductivity measurements in proton-exchange membranes based on poly (vinyl alcohol) (PVA), as a function of the acid (H3PO2) concentration and temperature. Tensile stress-strain test (nominal stress) was performed at low rate deformation, with acid concentration between 0.0 to 3.0 given in P/OH ratios. Results show that the elastic modulus, the elastoplastic modulus and the yield stress decrease as acid concentration increases. Ionic conductivity was obtained using the impedance spectroscopy technique on samples with the same acid concentrations, which shows an improvement in ionic conductivity of PVA+H3PO2+H2O within the range 10-3 - 10-1 S cm-1 as the acid concentration increases. The results obtained by comparing mechanical and electric properties, show that they are both directly linked to the acid content and water activity, thus these properties can be engineered to meet the appropriate conditions for an efficient fuel cell operation.

En este trabajo reportamos medidas del módulo elástico y conductividad iónica en membranas intercambiadoras de protones basadas en alcohol polivinílico (PVA) y ácido hipofosforoso (H3PO2). Estas medidas se realizaron como función de la concentración de ácido y la temperatura. Las pruebas de esfuerzo de fluencia se realizaron para las relaciones P/OH: 0.0 a 3.0 a una baja velocidad de deformación. Los resultados muestran que el módulo elástico, el módulo elastoplástico y la tensión de fluencia decrecen al aumentar la concentración de ácido. Las medidas de conductividad iónica, se obtuvieron por espectroscopía de impedancia, para muestras con las mismas relaciones P/OH, las cuales muestran que la conductividad mejora en un rango entre 10-3 - 10-1 S cm-1 con el incremento del ácido. Los resultados obtenidos al comparar las propiedades mecánicas y eléctricas muestran que ambas están directamente relacionados con el contenido de ácido y la actividad del agua, por lo tanto presentan propiedades adecuadas para operación en celdas de combustible.

In the present paper, the dielectric relaxation properties of RbHSeO4 have been studied by means of impedance spectroscopy measurements over wide ranges of frequencies at several isotherms (T<415 K). The frequency dependence of the permittivity data reveal a distinct dielectric relaxation at low frequency, which is about 385 Hz at 310 K, then it shifts to higher frequencies (~40 kHz) as the temperature increases. The ƒmax vs. reciprocal T shows an activated relaxation process with an activation energy of 0.9 eV, which is in close agreement with that associated with transport of charge carriers. We suggest that the observed dielectric relaxation could be attributed to polarization induced by the proton jump and selenate tetrahedral reorientations. The displacement of mobile H+ proton accompanied by SeO‾4² tetrahedra reorientations create structural distortion in both sublattices which induce localized dipoles like HSeO‾4.

Se incrementó la conductividad iónica del electrolito sólido polimérico (PEO)10CF3COONa mediante formación de nuevos compositos, adicionando partículas de óxido de aluminio (Al2O3) como relleno. Los compositos fueron preparados por disolución en solvente líquido y la caracterización por espectroscopia de impedancias (EI) con configuración de electrodos Pt/electrolito/Pt Reducción de hasta dos órdenes de magnitud en la resistencia, se observó en diagramas de Nyquist; combinando polióxido de etileno (PEO) con trifluoroacetato de sodio (CF3COONa). Al agregar partículas de Al2O3, la reducción en resistencia llego a ser hasta de tres órdenes de magnitud, a temperatura ambiente. Los gráficos de conductividad DC en función de la concentración, mostraron incremento de conductividad iónica a bajas concentraciones de alúmina. El composito conductor iónico sintetizado mostró conductividad de 2.00x10-5 Scm-1 temperatura ambiente y 7.70x10-4 Scm-1, temperatura de 383 K. Se presentó comportamiento Arrhenius en dos regiones de diagramas de conductividad con temperatura, indicando proceso térmicamente activado. Para altas concentraciones de Al2O3 se observó comportamiento Vogel-Tamman-Fulcher (VTF). Las variaciones de conductividad con concentración de Al2O3, están asociadas con número de sitios involucrados en trasporte iónico, a través de interacciones Lewis ácido-base, entre partículas de Al2O3 y especies iónicas del electrolito.

To increase the ionic conductivity of solid polymer electrolyte, (PEO)10CF3COONa, we formed new composites by adding alumina particles as a filler. We prepared these composites by dissolving them in a liquid solvent, and characterized them through impedance spectroscopy (IS), using a Pt/electrolyte/Pt electrode configuration. The combination of polyethylene oxide (PEO) with sodium trifluoroacetate (CF3COONa) produced a reduction in resistance of up to two orders of magnitude in Nyquist plots, and up to three orders of magnitude when we added AUO3 particles at room temperature. DC conductivity concentration graphs show an increase in the ionic conductivity with low alumina concentrations. The new synthesized ionic conductor composite presented conductivity values of 2.00x10-5 Scm-1 at room temperature and of 7.70x10-4 Scm-1 at a temperature of 383 K. Two sections of the conductivity diagrams also evidenced a temperature induced Arrhenius behavior, indicating a thermally activated process. Higher concentrations of AbO3 induced a Vogel-Tamman-Fulcher (VTF) behavior. Conductivity variations produced by AUO3 concentration are linked to the number of sites involved in ion transport between AbO3 ionic electrolyte species through Lewis acid-base interactions.

Foi Aumentada a condutividade iónica do eletrólito de polímero sólido (PEO)10CF3COONa, através da formação de um novo compósito, adicionando partículas de óxido de alumínio (AL2O3). Os compósitos foram preparados por dissolução num solvente líquido e a caracterização foi feita por espectroscopia de impedância (EI) com a configuração utilizando eletrodo de platinum - Pt/eletrólito/ Pt. A redução de até duas ordens de grandeza na resistência é observada em diagraamas de Nyquist quando se combina poli (óxido de etileno) (PEO) com trifluoroacetato de sodio CF3COONa. Quando as partículas de AL2O3 são adicionadas ao composição, é observado uma redução na resistência de três ordens de grandeza à temperatura ambiente. Os gráficos do logaritmo da condutividade dc em função da concentração, mostra um aumento da condutividade para baixas concentrações de alumina. Do compósito condutor de íons sintetizado, apresenta valores de condutividade 2.00x10-5 Scm-1 à temperatura ambiente e 7,70x10-4 Scm-1 a uma temperatura de 383 K. Um comportamento do tipo Arrhenius é apresentado em duas regiões dos diagramas de condutividade com a temperatura, indicando um processo termicamente ativado. Para concentrações elevadas de Al2O3, uma mudança de comportamento para Vogel-Tamman-Fulcher (VTF) foi observado. As variações na condutividade com a concentração de Al2O3, está associada a alteração do número dos sítios envolvidos no transporte de ions através de interações do tipo ácido-base de Lewis entre partículas de AL2O3 e espécies iónicas.

Ba0,50Sr0,50Co0,80Fe0,20O3-d (BSCF) apresenta propriedades físicas, químicas e microestruturais adequadas para compor o cátodo de uma célula a combustível de óxido sólido de temperatura intermediária (ITSOFC). Este trabalho tem por objetivo a síntese e a caracterização do BSCF obtido pelo método dos citrados-EDTA. Os resultados obtidos por difração de raios X (DRX) indicaram fases secundárias para o material calcinado a 700 e 800 ºC e fase única com estrutura cristalina do tipo perovskita para 900 ºC. As micrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura dos particulados evidenciou a formação de aglomerados de tamanho < 20 µm. A análise dilatométrica dos compactos indicou a temperatura de sinterabilidade ~ 1050 ºC. Os resultados de DRX das cerâmicas sinterizadas evidenciaram a presença de fase única perovskita. As micrografias dos sinterizados confirmaram a formação de maior porosidade nas amostras sinterizadas a 1000 °C /1 h, conformadas com pó calcinado a 900 °C.

Ba0.50Sr0.50Co0.80Fe0.20O3-d (BSCF) presents physical, chemical and microstructural properties suitable to form the cathode of Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cell (ITSOFC). This work aims the synthesis and characterization of BSCF, obtained by the citrate-EDTA method. The X-ray diffraction results indicate secondary phases for the material calcined at 700 and 800 °C and single phase with perovskite crystalline structure at 900 °C. The SEM-FEG particles micrographs show the formation of < 20 µm clusters. The dilatometric analysis of pellets indicates the sintering temperature at ~ 1050 °C. XRD results of the sintered samples show perovskite single phase. The SEM micrographs confirmed the formation of higher porosity in the samples sintered at 1000 °C/1 h using powders calcined at 900 °C.

Na síntese de materiais, muitos desafios estão relacionados com propriedades requeridas, levando pesquisadores a buscarem materiais alternativos que possuam características adequadas para funcionarem como componentes nas células a combustível de óxido sólido. Atualmente, os materiais mais estudados como catodos são os óxidos mistos La1-X SrX MnO3±δ e La1-X SrX Co1-Y FeY O3-δ. Neste trabalho utilizaram-se como precursores os nitratos dos respectivos elementos químicos. O objetivo é apresentar algumas características físicas, químicas e microestruturais desses materiais, obtidos pela técnica dos citratos. As principais análises utilizadas para caracterização foram: análise termogravimétrica, calorimetria diferencial de varredura, picnometria por gás hélio, fluorescência de raios X, cromatografia de absorção gasosa, distribuição granulométrica por espalhamento laser, adsorção gasosa, difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados mostram que as composições estudadas contem partículas homogêneas com presença de carbono residual, áreas de superfícies específicas adequadas e tamanho médio de partículas inferiores a 1 mm. As propriedades estudadas estão compatíveis com dados da literatura. Conclui-se que os compostos sintetizados possibilitam o estudo e preparação de suspensões cerâmicas para fabricação de filmes finos.

In the synthesis of ceramic materials, new challenges are related with the intrinsic properties. Consequently, researchers look for alternative materials with adjusted characteristics for components in solid oxide fuel cells. Currently, the most studied materials as cathode are oxides: La1-X SrX MnO3±δ and La1-X SrX Co1-Y FeY O3-δ. In this work, the nitrates of the respective chemical elements were used as raw materials. The objective of this work is to present the physical, chemical and microstructural characteristics of these materials, prepared by the citrate technique. The main analyses utilized were: thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry, gas helium picnometry, X-ray fluorescence spectroscopy, gas adsorption, laser scattering granulometry, X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The results show that the studied compositions present homogeneous particles with little residual carbon, suitable specific surface area and particle size less than 1 mm. The studied properties are compatible with literature information. The main results show that the composition synthesized by the citrate technique may be useful for preparing ceramic suspensions for thin films.