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The environmental problem has been driving research around the world with a focus, mainly, on new energy sources. Technologies in the development of new materials for application in this area have been fundamental to make the use of these energy sources increasingly accessible in our daily lives. Fuel cells is an example of this kind of new technology, where we have an electrochemical device that converts chemical energy from reactions into electrical energy. Thermoelectrics also fall into this category, and are devices that, through a temperature gradient between two junctions, can generate electrical energy. Brownmillerita (Ca2Fe2O5) calcium ferrite ceramics were prepared by two distinct routes, namely, by a sol-gel protein synthesis using commercial unflavored gelatin, and by a solid-state reaction method, using mollusk shells. In addition, samples doped with cobalt, Ca2Fe2-xCoxO5 (with x = 0, 2, 4, 6 and 8%) were prepared for the study of the oxygen evolution reaction (OER) and electrode impedance in a symmetric cell, using ceria doped with gadolinium (CGO) as an electrolyte. XRD analyzes confirmed single-phase brownmillerita calcium ferrites in both production routes. SEM-EDS analysis of sintered Ca2Fe2O5 ceramics revealed larger grain sizes for samples prepared using the solid state reaction. All samples had a p-type conduction mechanism, with the highest power factor of ~ 2 μWm-1 K-2 at 450 °C observed for samples obtained by means of the solid-state reaction. The cobalt-doped samples showed XRD patterns without secondary phase. The results obtained in the OER indicated competitive values in terms of the electrochemical kinetics of the material as a catalyst when compared to the literature, where a sample with 2% cobalt showed a lower Tafel slope, of 37.5mV.dec-1, compared to the other samples. Electrochemical impedance spectroscopy also showed interesting values in terms of capacitance and resistance, associated with the relaxation frequency, during the OER steps. In the study of calcium ferrite as an electrode, it was observed a good adhesion to the substrate (CGO electrolyte), having a porous and well percolated microstructure, with slightly smaller grain sizes in the sample with cobalt doping. In addition, it can be observed from the low and high frequency processes, in the impedance, the influence of cobalt doping. The activation energy for the polarization resistance term, for example, obtained for Ca2Fe1.2Co0.8O5 was slightly lower, 1.19 eV, while for the pure sample it was 1.27eV. Therefore, the results obtained showed that the proposed synthesis routes can be successfully used in the preparation of single-phase materials of the brownmillerite type, where satisfactory results were obtained for several electrochemical applications, such as electrochemical catalyst, electrode for SOFC and thermoelectric. Fundação de Apoio à Pesquisa do Estado da Paraíba - FAPESQ A problemática ambiental vem impulsionando pesquisas no mundo todo com foco, principalmente, em novas fontes energéticas. Tecnologias no desenvolvimento de novos materiais para aplicação nessa área vem sendo fundamental para tornar cada vez mais acessível a utilização dessas fontes de energia no nosso dia a dia. Células a combustível é um exemplo desse tipo de nova tecnologia, onde um dispositivo eletroquímico que converte energia química das reações em energia elétrica. Os termoelétricos também entram nessa categoria, e são dispositivos que através de um gradiente de temperatura entre duas junções, pode-se gerar energia elétrica. Cerâmicas de ferrita de cálcio do tipo brownmillerita (Ca2Fe2O5) foram preparadas por duas rotas distintas, a saber, por uma síntese proteica sol-gel usando gelatina comercial sem sabor, e por método de reação no estado sólido, usando conchas de molusco. Além disso, foram preparadas amostras dopadas com cobalto, Ca2Fe2-xCoxO5 (com x = 0, 2, 4, 6 e 8%) para o estudo da reação de evolução do oxigênio (OER) e impedância dos eletrodos em uma célula simétrica, utilizando céria dopada com gadolínio (CGO) como eletrólito. As análises de difração de raios x confirmaram, em ambas rotas de obtenção, ferritas de cálcio do tipo brownmillerita de fase única. A análise SEM-EDS de cerâmicas sinterizadas de Ca2Fe2O5 revelou tamanhos de grão maiores para as amostras preparadas por meio da reação de estado sólido. Todas as amostras possuiram um mecanismo de condução do tipo p, com o maior fator de potência de ~ 2 μWm-1 K-2 a 450 °C observado para as amostras obtidas por meio da reação de estado sólido. As amostras dopadas com cobalto apresentaram padrões de difração de raios x sem fase secundária. Os resultados obtidos na OER indicaram valores competitivos em termos da cinética eletroquímica do material como catalisador quando comparados com a literatura, onde amostra com 2 % de cobalto apresentou uma menor declividade de Tafel, de 37.5mV.dec-1, comparada as demais amostras. A espectroscopia de impedância eletroquímica também apresentou valores interessantes em termos de capacitância e resistência, associado com a frequência de relaxação, durante as etapas da OER. No estudo da ferrita de cálcio como eletrodo, foi observada uma boa adesão ao substrato (eletrólito de CGO), possuindo uma microestrutura porosa e bem percolada, apresentando tamanho de grãos levemente menores na amostra com a dopagem de cobalto. Além disso, pode-se observar a partir dos processos em baixa e alta frequência, na impedância, a influência da dopagem do cobalto. A energia de ativação para o termo da resistência de polarização, por exemplo, obtida para o Ca2Fe1.2Co0.8O5 foi ligeiramente menor, 1,19 eV, enquanto para a amostra pura foi de 1,27 eV. Portanto, os resultados obtidos demonstraram que as rotas de síntese propostas podem ser empregadas com sucesso na preparação de materiais monofásicos do tipo brownmillerita, onde se obtiveram resultados satisfatórios para diversas aplicações eletroquímicas, como catalisador eletroquímico, eletrodo para SOFC e termoelétrico.

Hydrogen gas (H2) has stood out as a clean and renewable source, and an alternative to replace fossil fuels. The water electrolytic splitting is the most advantageous process for obtaining H2, considering environmental issues. The main reactions of water electrolysis are the Oxygen Evolution Reaction (OER) and the Hydrogen Evolution Reaction (HER). However, there is a high consumption of electrical energy caused mainly by OER, and catalysts are an alternative to make this process energetically feasible. Therefore, in this work three composites based on cobaltite and activated carbon (Co3O4/C) were synthesized and applied as electrocatalysts in OER. These composites were obtained via thermal treatment at 350 °C of composites containing ZIF-67 (Zeolitic Imidazolate Frameworks 67) and different percentages of activated carbon (10, 30 and 50% m/m). The three precursor composites (ZIF-67/C) were characterized by X-ray powder diffraction (XRD) and infrared absorption spectroscopy (IR), which showed the characteristic signs of the components, confirming the crystallization of ZIF-67 even at presence of activated coal. The thermal decomposition of the precursors was also evaluated via thermogravimetric analysis (TGA). Co3O4/C electrocatalysts were also characterized by XRD and IR. Powder patterns indicate the formation of cobaltites with cubic crystalline phase, in addition to the presence of amorphous carbon signals, confirming the formation of the composite. These data were also corroborated by infrared spectra, which showed the main vibrations of the organic groups present in the active carbon, as well as the stretches of the Co-O bond. The electrocatalytic performance in the OER was evaluated using cyclic voltammetry and linear scanning voltammetry, in an alkaline medium. Although all composites have been classified as “excellent” according to the literature, Co3O4/C10 performed better, with 321 mV overpotential and a Tafel slope of 71.97 mVdec-1 to obtain a current density of 10 mA cm-2. An inverse relationship was observed between electrocatalytic performance and the amount of coal in the sample. All Co3O4/C composites obtained present an equal or superior performance when compared with similar materials with the literature. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES O gás hidrogênio (H2) tem se destacado como uma fonte limpa e renovável, como alternativa para substituir os combustíveis fósseis. A quebra eletrolítica da água é o processo mais vantajoso para a obtenção do H2, pensando pelo viés das questões ambientais. As reações centrais da eletrólise da água são a Reação de Evolução do Oxigênio (OER) e a Reação de Evolução do Hidrogênio (HER). Entretanto, a eletrólise da água exige um alto consumo de energia elétrica, demandado principalmente pela OER. Os catalisadores são uma alternativa para viabilizar energeticamente esse processo. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo principal a síntese e caracterização eletroquímica de compósitos a base de cobaltita e carvão ativado (Co3O4/C) para aplicação como eletrocatalisadores para OER. Estes compósitos foram obtidos via tratamento térmico a 350°C de compósitos contendo ZIF-67 (Zeolitic Imidazolate Frameworks 67) e diferentes percentagens de carvão ativo (10, 30 e 50% em massa). Os três compósitos precursores (ZIF-67/C) foram caracterizados via difração de raios X de pó (DRX) e espectroscopia de absorção no infravermelho (IV), que mostraram os sinais característicos dos componentes, confirmando a cristalização da ZIF-67 mesmo na presença do carvão ativo. A decomposição térmica dos precursores também foi avaliada via análise termogravimétrica (TGA). Os eletrocatalisadores Co3O4/C também foram caracterizados por DRX e IV. Os padrões de difração indicam a formação das cobaltitas com fase cristalina cúbica, além da presença dos sinais do carvão amorfo, confirmando a formação do compósito. Estes dados também foram corroborados pelos espectros de infravermelho, que mostraram as principais vibrações dos grupos orgânicos presentes no carvão ativo, bem como os estiramentos da ligação Co-O. O desempenho eletrocatalítico na OER foi avaliado via voltametria cíclica e de varredura linear, em meio alcalino. Embora todos os compósitos tenham sido classificados como “excelentes” segundo a literatura, o Co3O4/C10 teve desempenho superior, com sobrepotencial de 321 mV e uma inclinação de Tafel igual a 71,97 mV dec-1 para produzir uma densidade de corrente de 10 mA cm-2. Observou-se uma relação inversa entre o desempenho eletrocatalítico e a quantidade de carvão na amostra. Todos os compósitos Co3O4/C obtidos apresentam desempenho igual ou superior quando comparado com materiais similares da literatura.

MFe2O4 (M = Ni, Co, Cu) ferrites are magnetic ceramic with spinel-type structure, in which the cations distribution can be given by the general formula (M2+1-δFe3+δ)[M2+δFe3+2-δ]O4. Due to their atomic arrangement, composition and possibility of obtaining by various synthesis methods, ferrites are considered multifunctional and versatile materials to be used in various applications. Among synthesis methods, the sol-gel method and its variations have been outstanding for allowing the preparation of single phase nanoparticles. The proteic sol-gel method, one of the variations of the conventional sol-gel route, is characterized by using organic agents to promote polymerization and chelation of metal ions. In this context, this work presents the synthesis of ferrite (MFe2O4, M = Cu, Co, Ni) by proteic sol-gel method using conventional gelatin (animal gelatin) and agar-agar (vegetable gelatin) and the evaluation of their magnetic, hyperthermic and electrochemical properties. The results confirmed the MFe2O4 (M = Ni, Co, Cu) monophasic powders with particle in nanoscale (21-176 nm) in a mixed spinel composition (0 < δ

The misfit cobaltite with Ca3Co4O9-δ composition (C349), over the years investigated as thermoelectric material due to its great electrical conductivity and low thermal conductivity, has recently attracted great attention as cathodic material of solid oxide fuel cells (SOFC, Solid Oxide Fuel Cell). The present work is the first report of C349 powder synthesis by solid state reaction using mollusc shell powder as a natural source of calcium carbonate. The synthesized C349 was structurally characterized by X-ray diffraction (applying Rietveld refinement of diffraction data), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). For electrochemical investigation, symmetric cells of C349 as well as C349 + PrOx composite, were prepared by screen printing, sintered and characterized by impedance spectroscopy as a function of temperature (600-800 °C) and the partial pressure of oxygen (pO2 = 1-10-2 atm.). For the Ca3Co4O9-δ + Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3-δ (BSCF) composite, cells were prepared presenting platinum counter-electrode and reference electrode. The results showed that the polarization resistances (Rp) for the pure C349 cathode are in agreement with the values reported in the literature (Rp of 5.73 Ω.cm2 and 0.88 Ω.cm2 at 700 and 800 °C in pure oxygen atmosphere, respectively). For the C349 + PrOx and C349 (a.e.) + BSCF composites, the results showed a significant reduction of the total polarization resistance, presenting values of 0.75 Ω.cm2 and 0.34 Ω.cm2 at 700 and 750 °C for composite C349 + PrOx and 0.40 Ω.cm2 and 0.20 Ω.cm2 at 700 and 750 °C for the composite C349 (a.e.) + BSCF, respectively, in pure oxygen atmosphere. This improvement was mainly due to a large increase in the surface Exchange processes, which dominate the total polarization resistance. The composite cathode (C349 + PrOx) was considerably more efficient (up to 87%) than the pure C349 cathode due to changes in the praseodymium oxidation state (Pr+3/Pr+4), as well as to its high surface area of contact, allowing better adsorption, dissociation and reduction of molecular oxygen in the triple phase boundaries (TPB’s). In the same way, the composite containing BSCF showed a significant improvement due to the high values of mixed conductivity (ionic and electronic) and high contact surface area of the compound BSCF, being significantly more efficient in relation to the pure C349 cathode, with up to 97.7% improvement in performance at 600 °C and 93% improvement at 700 °C. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES A cobaltita de cálcio com composição Ca3Co4O9-δ (C349), ao longo dos anos investigada como material termoelétrico devido à sua boa condutividade elétrica e baixa condutividade térmica, tem atraído recentemente grande atenção como material catódico de células a combustível de óxido sólido (SOFC, do inglês Solid Oxide Fuel Cell). O presente trabalho é o primeiro relato da síntese do composto C349 por reação em estado sólido usando pó de conchas de moluscos como fonte natural de carbonato de cálcio. O material sintetizado foi caracterizado estruturalmente por difração de Raios-X (com refinamento Rietveld dos dados de difração), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Para investigação eletroquímica, células simétricas de Ca3Co4O9-δ e do compósito Ca3Co4O9-δ + PrOx foram preparadas por serigrafia, sinterizadas e caracterizadas por espectroscopia de impedância em função da temperatura (600 – 800 °C) e da pressão parcial de oxigênio (pO2 = 1 – 10-2 atm.). Para o compósito Ca3Co4O9-δ + Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3-δ (BSCF) foram preparadas células apresentando contra eletrodo e eletrodo referência de platina. Os resultados mostraram que os valores de resistência de polarização (Rp) para o catodo C349 puro encontram-se em concordância com os valores reportados em literatura (Rp de 5,73 Ω.cm2 e 2,30 Ω.cm2 a 700 e 750 °C em atmosfera de oxigênio puro, respectivamente). Para os compósitos C349 + PrOx e C349 (a.e.) + BSCF, os resultados mostraram uma redução significativa da resistência total de polarização, apresentando valores de 0,75 Ω.cm2 e 0,34 Ω.cm2 a 700 e 750 °C para o compósito C349 + PrOx e 0,40 Ω.cm2 e 0,20 Ω.cm2 a 700 e 750 °C para o compósito C349 (a.e.) + BSCF, respectivamente, em atmosfera pura de oxigênio. A melhoria observada para o compósito C349 + PrOx mostrou-se, principalmente, devido a um grande aumento nos processos de troca de superfície, que dominam a resistência total de polarização. O catodo compósito (C349 + PrOx) apresentou-se consideravelmente mais eficiente (em até 87%) em relação ao catodo C349 puro devido às mudanças do estado de oxidação do praseodímio (Pr+3/Pr+4), como também à sua alta área superficial de contato, permitindo melhor adsorção, dissociação e redução do oxigênio molecular nos contornos de tripla fase (TPB’s). Da mesma forma, o compósito contendo BSCF apresentou significativa melhoria devido aos elevados valores de condutividade mista (iônica e eletrônica) e alta área superficial de contato do composto BSCF, apresentando-se expressivamente mais eficiente em relação ao catodo C349 puro, com até 97,7% de melhora na performance a 600 °C e 93% de melhora a 700 °C.

Due to increasing energy demand and increasing scarcity of natural energy resources, the world is gearing up for an era of rising energy costs. In response to this worldwide concern, the use of energy from renewable sources and how to store it has become a focus of research among the scientific community. NiO and its composites are widely used in energy storage devices, mainly due to their high electrochemical activity. However, the evaluation of the battery-like behavior of NiO-based systems seems to be somewhat neglected in the literature. The purpose of this work was to study nickel oxide as a potential material for energy storage. NiO powders were obtained using the citrate, nitrate calcination, combustion and protein sol-gel methods. The structure and size of the particles of the calcined powders were investigated by XRD and scanning electron microscopy (SEM), respectively. The network parameters were determined by Rietveld refinement of the diffraction data. The electrochemical performance of the powders was evaluated by cyclic voltammetry, galvanostatic charge-discharge and impedance spectroscopy. The electrochemical results highlight the electrode obtained by the nitrate calcination method as the one with the highest specific storage capacity according to GCD curves (45.25 C / g at 5 mV / s). The impedance results showed similar serial resistance values for the powders obtained by the calcination method of nitrate and citrate, about 0.22 Ω. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Devido à crescente demanda energética e ao aumento da escassez de recursos energéticos naturais, o mundo está se preparando para uma era de aumento dos custos de energia. Em resposta a esta preocupação mundial, a utilização de energia de fontes renováveis e a forma como armazená-la tornou-se um foco de pesquisas entre a comunidade científica. O NiO e seus compósitos são amplamente utilizados em dispositivos de armazenamento de energia, devido principalmente à sua alta atividade eletroquímica. Entretanto, a avaliação do comportamento tipo bateria de sistemas à base de NiO parece ser um pouco negligenciada na literatura. Este trabalho teve como objetivo estudar o óxido de níquel como potencial material para armazenamento de energia. Os pós de NiO foram obtidos usando os métodos de citrato, calcinação de nitratos, combustão e sol-gel proteico. A estrutura e o tamanho das partículas dos pós calcinados foram investigados por difratometria de raios X (XRD) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), respectivamente. Os parâmetros de rede foram determinados por refinamento Rietveld dos dados de difração. O desempenho eletroquímico dos pós foi avaliado por voltametria cíclica, carga-descarga galvanostática e espectroscopia de impedância. Os resultados eletroquímicos destacam o eletrodo obtido pelo método de calcinação de nitrato como o que possui maior capacidade de armazenamento específica de acordo com as curvas de GCD (45,25 C/g à 5 mV/s). Os resultados de impedância mostraram valores de resistência equivalente em serie parecidos para os pós obtidos pelo método de calcinação de nitrato e citrato, cerca de 0,22 Ω.

The growing search for clean energy technologies has led to the discovery of new sources of sustainable energy. This research aimed to study the effect of the route of synthesis on the microstructure and the electrical properties of an electrolyte material for the electrochemical conversion of energy to solid oxide fuel cells. A sol-gel protein method and the solid state reaction route preceded by high-energy grinding of a stoichiometric mixture of CeO2 + calcium carbonate (from shellfish powder) were used to synthesize citric-calcium electrolytes from composition (Ce0.9Ca0.1O1.95). The results of X-ray diffractometry confirm the obtainment of solid solution, free of secondary phases, in powders and sintered samples. Doping with 10 mol% of calcium gave relative densities above 95% at sintering temperatures from 1300 °C. The microstructural characterization by STEM allowed to investigate the average grain size and the residual porosity. Samples obtained by the sol-gel method show higher grain boundary conductivity due to lower dopant segregation. The electrical properties were analyzed by impedance spectroscopy in air atmosphere. The total conductivity reaches 8x10-3 S.cm-1 (sol-gel protein method) and 1,3x10-3 S.cm-1 (solid state reaction) at 600 °C for samples sintered at 1450 °C. These values are close to those reported in the literature for ceramics of the same composition obtained by other synthesis routes. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES A crescente busca por tecnologias que utilizam energia limpa tem provocado a descoberta de novas fontes de energia sustentável. Esse trabalho de pesquisa teve como objetivo principal estudar o efeito da rota de síntese na microestrutura e as propriedades elétricas de um material de eletrólito para a conversão eletroquímica de energia em células a combustível de óxido sólido. Um método sol-gel protéico e a rota de reação de estado sólido precedida de moagem de alta energia de uma mistura estequiométrica de CeO2 + carbonato de cálcio (oriundo de pó de conchas de mariscos), foram utilizadas para sintetizar eletrólitos de céria-cálcia de composição (Ce0,9Ca0,1O1,95). Os resultados de difratometria de raios X atestam a obtenção de solução sólida, livre de fases secundárias, em pós e amostras sinterizadas. A dopagem com 10% em mol de cálcia proporcionou densidades relativas acima de 95% em temperaturas de sinterização a partir de 1300°C. A caracterização microestrutural por STEM permitiu investigar o tamanho médio dos grãos e a porosidade residual. Amostras obtidas pelo método sol-gel apresentaram maior condutividade de contorno de grão devido à menor segregação do dopante. As propriedades elétricas foram analisadas por espectroscopia de impedância em atmosfera de ar. A condutividade total atinge 8x10-3 S.cm-1 (método sol-gel protéico) e 1,3x10-3 S.cm-1 (reação de estado sólido) a 600°C para amostras sinterizadas a 1450°C. Estes valores são próximos aos reportados na literatura para cerâmicas de mesma composição obtidas por outras rotas de síntese.

Mullite-glass composites were obtained by solid-state reactive sintering of kaolinite clay and kaolin waste mixtures with waste additions up to 100 wt.%. Rectangular bars were shaped by uniaxial pressing at 40 MPa and fired at 1300 and 1400°C. Mineralogical characterization of raw materials and fired samples was performed by X-ray diffractometry (XRD). Physico mechanical properties were inspected using Archimedes’ principle and three-point bending test, respectively. Electrical, dielectric and microestrutural properties of waste free sample and composites (30, 50, 70 and 100 wt.% waste) were assessed by impedance spectroscopy (IS) and field-emission scanning electron microscopy (FESEM), respectively. A dense mullite-glass composite was obtained from 30 wt. % waste addition and sintered at 1400°C. A viscous flux resulting from the glassy fills up the open porosity and increase the mechanical strength. Electrical conductivity, dielectric constant and dielectric loss are strongly dependent on the microstructural features, namely glassy phase and porosity. The activation energy (0.89 - 0.99 eV) for electrical conduction is lower than typical literature values of mullite-based materials. The results give evidences that the herein synthesized mullite-glass composites with up to 53.6 wt.% mullite are promising low-cost materials for electronics-related applications. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Compósitos mulita-fase vítrea foram obtidos por sinterização reativa de misturas de argila caulinítica e resíduo de caulim com incorporações de até 100 % em massa de resíduo. Corpos de prova retangular foram obtidos por prensagem uniaxial a 40 MPa e em seguida sinterizados a 1300 e 1400°C. A caracterização mineralógica das matérias-primas e das amostras sinterizadas foi realizada por difratometria de raios-X (DRX). Propriedades físico-mecânicas foram determinadas pelo princípio de Arquimedes e ensaio de flexão de três pontos. Propriedades elétricas, dielétricas e microestruturais das amostras livre resíduo e dos compósitos (com 30, 50, 70 e 100% em massa de resíduo) foram avaliadas por espectroscopia de impedância (IS) em ar e microscopia eletrônica de varredura de emissão de campo (FESEM). Um compósito denso à base de mulita acicular imersa em uma matriz de fase vítrea foi obtido a partir de 30% de adição de resíduo de caulim. A adição do resíduo melhorou as propriedades físicas-mecânicas dos compósitos devido ao mecanismo de sinterização assistida por fase líquida. A condutividade elétrica, constante dielétrica e a perda dielétrica dependem fortemente das características microestruturais, como fase vítrea e porosidade. A energia de ativação (0,89 - 0,99 eV) para condução elétrica foi menor do que os valores típicos encontrados na literatura para materiais à base de mulita. Os resultados dão evidências de que os compósitos mulita - fase vítrea obtidos com até 53,6% de mulita são promissores materiais de baixo custo para aplicações em eletrônica.

The environmental and social impacts of the degradation of water quality due to anthropogenic action have increased alarmingly over the years. Due to the complexity of contaminants, textile effluents are considered very harmful to the environment, and their proper disposal is a current concern. The general objective of this work was to evaluate the efficiency of ceramic membranes based on clay and sugarcane bagasse ash in the treatment of textile effluents from industries in the metropolitan area of João Pessoa, PB. For this purpose, the raw materials used in the preparation of the membranes were characterized by thermal, chemical and mineralogical analysis. The physical properties water absorption, apparent porosity, apparent density, water permeability and microstructural characteristics of the obtained membranes were determined. The functionality of the membranes for the treatment of the collected effluents was evaluated by comparing the physicochemical parameters of color, turbidity, Total Suspended Solids (TSS), Total Dissolved Solids (TDS) and Chemical Oxygen Demand (COD), determined for the effluents, before and after filtration. The ceramic membrane presented an apparent porosity of 25.76%, highly porous surface and water permeated flow, at a pressure of 200 kPa, of 500 L/h.m2. On the three effluents analyzed, two obtained very significant results, in which, the treatment presented efficiency of removal of five of the six parameters ranging from 82 to 96%. However, for one of the effluents, only two parameters showed removal efficiency between 50 and 60%. It was concluded that the application of the ceramic membranes studied is feasible as a pre-treatment of industrial textile effluents, in view of the significant reduction of their polluting potential. Another very positive point is the possibility of using membranes of low relative cost, since they were made with abundant natural raw material and industrial wastes. Nenhuma Os impactos ambientais e sociais da degradação da qualidade das águas devido à ação antrópica têm aumentado de forma alarmante no decorrer dos anos. Em virtude da complexidade de contaminantes presentes, os efluentes têxteis são considerados bastante nocivos ao meio ambiente, sendo o seu descarte adequado uma preocupação atual. O objetivo geral deste trabalho foi avaliar a eficiência de membranas cerâmicas à base de argila e cinza do bagaço da cana-deaçúcar (CBC) no tratamento de efluentes têxteis de indústrias da região metropolitana de João Pessoa, PB. Para tanto, as matérias-primas utilizadas na confecção das membranas foram caracterizadas por análise térmica, química e mineralógica. Foram determinadas as propriedades físicas de absorção de água, porosidade aparente, densidade aparente, permeabilidade a água e as características microestruturais das membranas obtidas. A funcionalidade das membranas para o tratamento dos efluentes coletados foi avaliada através do comparativo entre os parâmetros físicoquímicos de cor, turbidez, Sólidos Suspensos Totais (SST), Sólidos Dissolvidos Totais (SDT) e Demanda Química de Oxigênio (DQO), determinados para os efluentes, antes e após a filtração. A argila apresentou componentes químicos e mineralógicos característicos da composição de argilas para cerâmica vermelha e a CBC apresentou características térmicas típicas de agentes porogênicos. A membrana cerâmica apresenta porosidade aparente de 25,76%, superfície altamente porosa e fluxo permeado a água, para pressão de 200 kPa, de 500 L/h.m2. Dos três efluentes analisados, dois obtiveram resultados bastante significativos, nos quais, o tratamento realizado apresentou eficiência de remoção de cinco dos seis parâmetros variando de 82 a 96%. Todavia, para um dos efluentes, apenas dois parâmetros apresentaram eficiência de remoção entre 50 e 60%. Concluiu-se que a aplicação das membranas cerâmicas estudadas é viável como prétratamento de efluentes industriais têxteis, tendo em vista a diminuição significativa de seu potencial poluidor. Outro ponto bastante positivo é a possibilidade da utilização de membranas de baixo custo relativo, visto que foram confeccionadas com matéria-prima natural abundante e resíduo industrial.

In the search for renewable and environmentally friendly energy sources, hydrogen production and solid oxide fuel cell (SOFC) research have been prominent. Nickel and gadolinia doped ceria (Ce1-xGdxO2-? - CGO) based anodes have presented good electrochemical performance at intermediate temperatures (600-800 °C), allowing the direct oxidation of gases with hydrocarbons. Precursors of nickel, copper and cobalt bimetallic cermets (ceramic-metal composites) were obtained by the one-step synthesis method to evaluate their electrochemical performances as SOFCs anodes and to evaluate their catalytic behavior in dry methane reforming. NiO-Ce0.9Gd0.1O1.95 (NiO-CGO), NiCuO-CGO and NiCoO-CGO composite powders had their catalytic activities in reforming the methane, for hydrogen production, evaluated in the temperature range 400-800 ºC. These materials were also studied as solid oxide fuel cell anodes. Symmetrical anode/electrolyte/anode cells were prepared by screen-printing. The electrochemical activity was performed under typical anode operating conditions (reducing atmosphere in the temperature range between 650 and 750°C), using hydrogen and biogas as fuels. X-ray diffraction (XRD) analysis of powders calcined at 700 °C confirmed the attainment of NiO (NaCl-type), Co3O4 (spinel-type), CuO (tenoritetype) and Ce0.9Gd0.1O1.95 (fluorite-type). The crystallite size analysis indicated the obtaining of nanometric powders. The cobalt-based samples presented specific area values (evaluated by the BET method) higher than those of copper-based samples. Temperature programmed reduction (TPR) analysis indicated that the reducibility of the Ni-containing phase and its interaction with the CGO support are influenced by the presence and amount of cobalt and copper. The sample Ni0.2Co0.8O-CGO (NiCo0.8) showed high reduction capacity and strong metal/support interaction. The Rietveld refinement analysis for the reduced catalysts confirmed the presence of the Ni-Co alloy. These factors played a key role in enhancing catalytic activity and suppressing carbon deposition. The characterization of the catalysts after reaction by thermogravimetry and differential scanning calorimetry (TG-DSC) showed a better resistance to carbon deposition for NiCo catalysts. These catalysts showed higher conversions of CH4 and CO2 than NiCu and NiCGO catalysts. The NiCo0.8 catalyst showed a slightly higher CH4 conversion, better reaction selectivity between 600 and 750°C and better resistance to carbon deposition than Ni0.6Co0.4O-CGO (NiCo0.4). The methane reforming reaction with CO2 seems to be more favorable in the presence of the NiCo0.8 catalyst. The electrochemical characterization using impedance spectroscopy showed that the same electrode presents different electrochemical behaviors in hydrogen and biogas. In terms of overall behavior, NiCu0.8 is better than CuCGO in hydrogen. The inverse occurs in biogas, where the CuCGO anode performance is twice that of NiCu0.8. The calculation of the activation energies indicates that the complexity of the dry reforming of methane limits the electrochemical activity of the anodes in biogas. Nenhuma Na busca de fontes energéticas renováveis e ambientalmente amigáveis, a produção de hidrogênio e a pesquisa com célula a combustível de óxido sólido (SOFC) tem se destacado. Anodos à base de níquel e céria dopada com gadolínia (Ce1-xGdxO2-? - CGO) têm apresentado bom desempenho eletroquímico em temperaturas intermediárias (600-800 °C), permitindo a oxidação direta de gases contendo hidrocarbonetos. Este trabalho é o primeiro relato sobre a síntese em uma etapa de precursores de cermets (compósitos cerâmica-metal) bimetálicos a base de níquel, cobre e cobalto. Materiais particulados e eletrodos obtidos por serigrafia foram avaliados como catalisadores para a reforma a seco de metano e como anodos de SOFC, respectivamente. Pós de compósitos NiO-Ce0,9Gd0,1O1,95 (NiO-CGO), NiCuO-CGO e NiCoOCGO tiveram suas atividades catalíticas na reforma a seco de metano, para a produção de hidrogênio, avaliadas na faixa de temperatura de 400 a 800ºC. Para o estudo como anodos de SOFC, células simétricas anodo/eletrólito/anodo foram preparadas usando os recursos da serigrafia. A atividade eletroquímica foi realizada em condições de operação típicas de anodos (atmosfera redutora na faixa de temperatura entre 650 e 750 °C), usando hidrogênio e biogás como combustíveis. A análise estrutural por difratometria de raios X (DRX) confirmou que os pós calcinados a 700 °C apresentam as fases cristalinas NiO (estrutura tipo NaCl), Co3O4 (estrutura tipo espinélio), CuO (estrutura tipo tenorite) e Ce0.9Gd0.1O1.95 (estrutura tipo fluorita). A análise de tamanho do cristalito via refinamento Rietveld dos dados de DRX indicou a obtenção de pós nanométricos. As amostras à base de cobalto apresentaram valores de área específica (avaliada pelo método BET) maiores que as amostras a base de cobre. A redução à temperatura programada (TPR) indicou que a redutibilidade da fase contendo Ni e a sua interação com o suporte de CGO são influenciadas pela presença e quantidade de cobalto e cobre. A amostra Ni0.2Co0.8O-CGO (NiCo0.8) exibiu alta capacidade de redução e forte interação metal/suporte. A análise de refinamento Rietveld para os catalisadores reduzidos confirmou a presença da liga Ni-Co. Estes fatores desempenharam um papel fundamental no aprimoramento da atividade catalítica e na supressão da deposição de carbono. Após a reforma a seco de metano os catalisadores foram caracterizados por termogravimetria e calorimetria exploratória diferencial (TG-DSC), evidenciando uma melhor resistência à deposição de carbono para os catalisadores NiCo. Estes catalisadores apresentaram maiores conversões de CH4 e CO2 do que os catalisadores NiCu e NiCGO. O catalisador NiCo0.8 apresentou uma conversão de CH4 ligeiramente superior, melhor seletividade da reação entre 600 e 750 °C e melhor resistência à deposição de carbono que o catalisador NiCo0.4. Os resultados catalíticos indicam que a reação de reforma (a seco) do metano com CO2 é mais favorável na presença do catalisador NiCo0.8. A caracterização eletroquímica via espectroscopia de impedância mostrou que o mesmo eletrodo apresenta comportamentos eletroquímicos distintos em hidrogênio e biogás. Em termos de comportamento global, NiCu0,8 é melhor que CuCGO em hidrogênio. O inverso ocorre em biogás, onde o desempenho do anodo CuCGO é duas vezes superior ao do NiCu0,8. O cálculo das energias de ativação indica que a complexidade da reforma a seco de metano limita a atividade eletroquímica dos anodos em biogás.

In the last decades, mainly due to the advent of new technologies, with the exponential growth of the population, the intensification of the use of fossil fuels has generated great impacts to the environment. In this scenario, the search for energy alternatives has been constant. A rising solution is the use of the fuel cell technology, which has the principle of converting chemical energy into electrical energy. This work aimed to study calcium cobaltite as a potential cathode material for solid oxide fuel cells (SOFC). Powders of composition Ca3CuxCo4-xO9-d (0 = x = 0.15) were obtained using the Pechini method modified by using gelatin. The obtained powders were calcined at 900 °C for 2 h and characterized by X-ray diffractometry (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The lattice parameters were determined by Rietveld refinement of the diffraction data. The electrochemical characterization was performed under open circuit conditions and under cathodic polarization using a 3 electrode configuration. The results of XRD and SEM indicated the attainment of particles of Ca3CuxCo4-xO9-d solid solutions free of secondary phases and in the format of microplates up to 5 m in diameter. The electrochemical results highlight the potential of calcium cobaltite as a cathode material of SOFC, presenting total polarization resistance (Rp of 2.8 ? cm2 at 700 ° C in oxygen) competitive with cobaltites from literature and low values of cathodic polarization (123 mV at 700 ° C and 100 mA/cm2) in comparsion to alternative cathodes for SOFC. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Nas últimas décadas, principalmente pelo advento de novas tecnologias, com o crescimento exponencial da população, a intensificação do uso de combustíveis fósseis tem gerado grandes impactos ao meio ambiente. Neste cenário, a busca por alternativas energéticas tem sido constante. Uma solução em ascensão é o uso da tecnologia de célula a combustível, que tem como princípio a conversão de energia química em energia elétrica. Este trabalho teve como objetivo estudar a cobaltita de cálcio como potencial material de cátodo para células a combustível de óxido sólido (SOFC). Pós de composição Ca3CuxCo4-xO9-δ (0 ≤ x ≤ 0,15) foram obtidos usando o método Pechini modificado pelo uso de gelatina. Os pós como obtidos foram calcinados a 900 °C por 2 h e caracterizados por difratometria de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os parâmetros de rede foram determinados por refinamento Rietveld dos dados de difração. A caracterização eletroquímica foi realizada em condições de circuito aberto e sob polarização catódica usando uma configuração de 3 eletrodos. Os resultados de DRX e MEV indicaram a obtenção de partículas de soluções sólidas Ca3Co4-xCuxO9 livres de fases secundárias e com o formato de microplacas de até 5 µm de diâmetro. Os resultados eletroquímicos destacam o potencial da cobaltita de cálcio como material de cátodo de SOFC, apresentando resistência total de polarização (Rp de 2,8  cm2 a 700 °C em oxigênio) competitiva em relação a cobaltitas da literatura e baixos valores de polarização catódica (123 mV a 700 °C e 100 mA/cm2) em relação a cátodos alternativos para SOFC.

The aim of this work was to study the electrical properties of NiO/Ni-Ce0.9Gd0.1O1.95 (NiO/Ni-GDC) composites, usually used as anode materials for Solid Oxide Fuel Cells. NiO-GDC composites were obtained by a one-step synthesis route which are characterized by simultaneously obtaining the NiO and GDC phases in a single polymeric precursor. A resulting resin was heat treated at 350 ºC and the precursor powder was calcined at 700 °C. The phase composition was varied according to the following proportions (by mass): 30:70, 40:60 and 50:50 (NiO/GDC). The obtained samples were characterized by X-ray diffractometry (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). The powders were compacted by isostatic pressing at 200 MPa, sintered at 1450, 1500 and 1550 °C in air, and subsequently reduced to Ni-GDC under a hydrogen atmosphere. The apparent porosity of composites (NiO-GDC) and cermets (Ni-GDC) was evaluated using the Archimedes method and the response interpreted through the analysis of variance and response surface of a 2² factorial design with central point and replicate. The effects of the phase composition and the sintering temperature on the microstructure and electrical properties were investigated by scanning electron microscopy (SEM) and impedance spectroscopy (between 250 and 650 °C). The refinement of the XRD data indicated that the particulate materials have nanometric characteristics and the crystallite size of the GDC phase tends to decrease with increasing the NiO content. Archimedes analysis shows that samples of NiO-GDC composites are extremely dense (porosities below 0.54%) and those samples of Ni-GDC cermets have open porosity between 1.36 and 19.11%. From the experimental design it was possible to obtain a significant linear model (95% confidence level) for the porosity of the cermets according to the NiO content and sintering temperature. The electrical properties indicated that the composites with 50 wt.% NiO showed twice the conductivity of the composites with the lower content of NiO at temperatures above 500 ºC. The good electrical performance of Ni-GDC cermets (resistivity between 0.43 and 1.19 ohm.cm at 650 °C) compared to materials from literature is a result of a high contiguity of the metal phase. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de estudar as propriedades elétricas de compósitos NiO/Ni-Ce0,9Gd0,1O1,95 (NiO/Ni-GDC), um dos materiais mais utilizados como anodos de Células a Combustíveis de Óxido Sólido. Os pós dos compósitos NiO-GDC foram obtidos por uma rota de síntese em uma etapa que se caracteriza pela obtenção simultânea das fases NiO e GDC em um único precursor polimérico. A resina resultante foi tratada termicamente a 350 ºC e o pó precursor foi calcinado a 700 ºC. A composição de fase foi variada de acordo com as seguintes proporções (em massa): 30:70, 40:60 e 50:50 (NiO/GDC). As amostras obtidas foram caracterizadas por difratometria de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Os pós foram compactados por prensagem isostática a 200 MPa, sinterizados a 1450, 1500 e 1550 ºC em ar e posteriormente reduzidos a Ni-GDC em atmosfera de hidrogênio. A porosidade aparente dos compósitos (NiO-GDC) e cermets (Ni-GDC) foi avaliada usando o método de Arquimedes e a resposta interpretada através da análise de variância e superfície de resposta de um planejamento fatorial 2², com ponto central e réplica. Os efeitos da composição de fase e da temperatura de sinterização na microestrutura e propriedades elétricas foram investigados por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de impedância (entre 250 e 650 °C). O refinamento dos dados de DRX indicaram que os materiais particulados têm características nanométricas e que o tamanho do cristalito da fase GDC tende a diminuir com o aumento de teor de NiO. A análise por Arquimedes evidencia que as amostras de compósitos NiO-GDC são extremamente densas (porosidades abaixo de 0,54%) e que as amostras de cermets Ni-GDC têm porosidade aberta entre 1,36 e 19,11%. A partir do planejamento experimental foi possível obter um modelo linear significativo (nível de confiança de 95%) para as porosidades dos cermets em função do teor de NiO e temperatura de sinterização. As propriedades elétricas indicaram que os compósitos com 50% de NiO apresentaram o dobro da condutividade dos compósitos com menor teor de NiO em temperaturas acima de 500 ºC. O bom desempenho elétrico dos cermets NiGDC (resistividade entre 0,43 e 1,19 ohm.cm a 650 °C) em comparação com materiais da literatura é resultado de uma elevada contiguidade da fase metálica.

Due to the increasing demand for new energy sources, solid oxide fuel cell has proven to be a good alternative, for these devices can support a large variety of fuels and applications. Solid solutions based on Cerium (CeO2) have been considered a promising material for electrolytes due to better ionic conductivities in comparison to yttrium stabilized zirconia. The main disadvantage of ceria-based electrolyte is the need for high sintering temperatures for complete densification. The solution to low sinterability of doped ceria is related to the addition of transition metal oxides, which has low melting point, such as CuO. Thus, this work is focused on the behavior of ceria solid solutions with CuO, co-doped with content of gadolinium (Gd2O3) in the 0-30 mol% range about the sinterability, microstructure and electrical properties. Gd-doped ceria (Ce0,99-xGdxCu0,01O2-δ (0 ≤ x ≤ 0,3)) was synthesized by the polymeric precursor method. Thermal analysis was used in powders heat-treated at 300 °C in order to determine the ideal calcinations temperature. The X-ray diffraction combined with Rietveld refinement was applied to the powders calcinated to determine their crystallographic features. Relative density measurements and microstructural analysis were performed sintered in the temperature range 950-1050 °C in air. Electrical properties were investigated by impedance spectroscopy. XRD results imply the effective formation of crystalline solid solutions with cubic fluorite structure by polymeric precursor method, as well as a decrease in crystalline size by increasing gadolinium content. The densification improves and the grain size decreases by gadolinium doping. Electrical conductivity increases by adding Gd reaching a maximum of 7.81 mS/cm at 600 °C for the sample with 15 mol% of this dopant. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Devido a demanda crescente por novas fontes de energia, as células a combustível de óxido sólido se mostram como uma boa alternativa para suprir essa demanda, pois esses dispositivos eletroquímicos possuem grande flexibilidade de combustíveis e aplicações. As soluções sólidas à base de céria (CeO2) têm sido consideradas materiais promissores para aplicação como eletrólitos, devido as condutividades iônicas serem maiores em comparação com o eletrólito tradicional de zircônia estabilizada com ítria. A desvantagem dos eletrólitos à base de céria está na necessidade de altas temperaturas de sinterização para completa densificação do material. A solução para a reduzir a temperatura de sinterização da céria dopada está relacionada com a adição de óxidos de metais de transição com baixo ponto de fusão, tais como CuO. Deste modo, o presente trabalho é focado na investigação do comportamento de soluções sólidas de céria com adição de CuO, avaliando o efeito do teor de óxido de gadolínio (Gd2O3) sobre a sinterabilidade, microestrutura e propriedades elétricas. O método dos precursores poliméricos foi utilizado para sintetizar composições nominais Ce0,99-xGdxCu0,01O2-δ (0 ≤ x ≤ 0,3). Foi utilizada a análise térmica em pós tratados termicamente a 300 °C para determinar a temperatura ideal de calcinação. A difração de raios X em conjunto com o refinamento Rietveld foi aplicada aos pós calcinados para determinar suas características cristalográficas. O estudo da sinterabilidade foi realizado por dilatometria até temperatura de 1200 °C. A densidade relativa foi determinada em amostras sinterizadas a 950, 1000 e 1050 °C e a caracterização microestrutural foi investigada por MEV para determinar o tamanho médio de grão. As propriedades elétricas foram investigadas por espectroscopia de impedância. Os resultados de DRX indicam a formação eficaz de soluções sólidas cristalinas, com estrutura do tipo fluorita, havendo uma redução do tamanho de cristalito com o aumento do teor de gadolínia. A dopagem com gadolínia favorece a densificação e diminui o tamanho do grão. A condutividade elétrica aumenta com a adição de gadolínia, atingindo um máximo de 7,81 mS/cm a 600 °C para amostra contendo 15% em mol deste dopante.

The search for alternative energy sources becomes very present in the current world scenario. A solution on the rise are fuel cells, which have the principle chemical energy conversion through fuel oxidation reaction into electrical energy. Among the major components of these cells are the electrodes (cathode and anode), the electrolyte, the interconnectors and sealants. This work aimed to develop cathode materials based on calcium cobaltite doped with copper oxide (CuO). To this end, powders of composition Ca3-xCuxCo4O9-δ (0 ≤ x ≤ 0.2) were obtained using the polymeric precursor method (Pechini method) modified with commercial gelatin. The as-prepared powders were calcined at 900 ° C for 1 h and characterized by X-ray diffractometry (XRD). The lattice parameters were determined by Rietveld refinement of the diffraction data. The powder morphology was analyzed by scanning electron microscopy (SEM). Porous films were deposited on both faces of ceria based electrolytes, via screen printing, and sintered at 950 °C for 2h. The electrochemical characterization of symmetric cell (cathode/electrolyte/cathode) was carried out by impedance spectroscopy between 600 and 800 ° C in air atmosphere. The results of X-ray diffraction indicated the obtainment of solid solutions Ca3-xCo4CuxO9 and up to 2 vol.% Co3O4 as a secondary phase. The values of lattice parameter were close to that reported in the ICSD standard, confirming the doping with Cu ions. The powders are comprised of microplates with an irregular shape measuring up to approximately 2 μm in diameter. The area specific resistance was optimized for the composition Ca2.99Co4Cu0.01O9, achieving 0.84 ohm.cm2 at 800 °C in air. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES A busca por alternativas energéticas se faz bastante presente no cenário atual do planeta. Uma solução em ascensão são as células a combustível, que têm como princípio a conversão de energia química, através da reação de oxidação do combustível, em energia elétrica. Entre os componentes principais destas células estão os eletrodos (cátodo e ânodo), o eletrólito, os interconectores e selantes. Este trabalho teve como objetivo principal desenvolver materiais catódicos à base de cobaltita de cálcio dopada com óxido de cobre (CuO). Para tal, pós de composição Ca3-xCuxCo4O9-δ (0 ≤ x ≤ 0,2) foram obtidos utilizando o método dos precursores poliméricos (método Pechini) modificado pelo uso de gelatina comercial. Os pós como obtidos foram calcinados a 900 °C por 1 h e caracterizados por difratometria de raios X (DRX). Os parâmetros de rede foram determinados por refinamento Rietveld dos dados de difração. A morfologia dos pós foi analisada por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Filmes porosos foram depositados em ambas as faces de eletrólitos à base de céria, via serigrafia, e sinterizados a 950 °C por 2 h. A caracterização eletroquímica de células simétricas (cátodo/eletrólito/cátodo) foi realizada por espectroscopia de impedância entre 600 e 800 °C em atmosfera de ar. Os resultados de difração de raios X indicaram a obtenção de soluções sólidas Ca3-xCo4CuxO9 e até 2 % em volume de Co3O4 como segunda fase. Os valores de parâmetro de rede para a fase Ca3-xCo4CuxO9 foram muito próximos aos reportados no padrão ICSD, confirmando a dopagem com íons Cu. A caracterização morfológica de pós revelou a formação de microplacas com formato irregular e aproximadamente 2 μm de diâmetro. A resistência específica de área foi otimizada para a composição Ca2,99Co4Cu0,01O9, atingindo 0,84 ohm.cm2 a 800 °C em ar.

Fuel cells (FC) are electrochemical devices that convert chemical energy from certain fuels into electrical energy, through oxidation-reduction reactions. They have a basic structure consisting of an electrolyte layer intercalating two electrodes: the cathode (positive electrode) and anode (negative electrode). In this work, cathode materials for solid oxide fuel cells (SOFC) were developed, such as lanthanum cobaltite doped with strontium and iron (La0,6Sr0,4Co0,2Fe0,8O3-8-LSCF6428) was synthesized by the modified polymeric precursors method, also known as modified Pechini method and compared the performance with the composite electrodes La0,6Sr0,4Co0,2Fe0,8O3-8/Ce0,9 Gd0,1O2-8 (LSCF6428/ CGO) and La0,6Sr0,4Co0,2Fe0,8O3-8/Ce0,9Gd0,1O2-8/Prox (LSCF6428/CGO/PROX). The method of synthesis consists in the use of commercial gelatin as polymerizing agent for metal ions. The powder obtained at 350 ° C / 2h was calcined at 800 and 1000 ° C / 4h and characterized by thermal gravimetric analysis (TG), particle size distribution, X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The films of (LSCF6428), (LSCF6428 / CGO) and (LSCF6428 / CGO / PROX) were obtained by serigraph of calcined powders at 1000 ° C. The films were deposited on ceria substrates doped with gadolinia Ce0,9Gd0,1O2-8(CGO), sintered at 1150°C and characterized by impedance spectroscopy (in pure oxygen) between 600 and 800°C. The obtained results indicated that the method used was efficient in the formation of porous powders and with the perovskite crystalline structure. The crystallite size for the composite of LSCF6428 / CGO was of 336 (nm) for the LSCF6428 and 98 (nm) for the CGO, being also the expected for a powder calcined at 1000 ° C. The value of the area specific resistance (ASR) for the electrode of pure LSCF6428 at 750 ° C was of 0.25 ohms.cm2 quite plausible, especially because it was not made use of platinum, for the LSCF/CGO/ Prox was obtained an ASR of 0.02 ohms.cm2 at 750 ° C. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES As células a combustível (CaC) são dispositivos eletroquímicos que transformam a energia química de determinados combustíveis em energia elétrica, por meio de reações de oxirredução. Possuem uma estrutura básica que consiste em uma camada de eletrólito intercalando dois eletrodos: cátodo (eletrodo positivo) e anodo (eletrodo negativo). Neste trabalho, foram desenvolvidos materiais catódicos para células a combustíveis de óxidos sólidos (SOFC), tais como, a cobaltita de lantânio dopada com estrôncio e ferro (La0,6Sr0,4Co0,2Fe0,8O3-δ – LSCF6428) foi sintetizado pelo método dos precursores poliméricos modificado, também conhecido como Pechini modificado e comparado o desempenho com o de eletrodos compósitos La0,6Sr0,4Co0,2Fe0,8O3-δ/Ce0,9Gd0,1O2-δ (LSCF6428/CGO) e La0,6Sr0,4Co0,2Fe0,8O3-δ/ Ce0,9Gd0,1O2-δ/PrOx (LSCF6428/CGO/PrOx). O método de síntese consiste na utilização da gelatina comercial como agente polimerizante para íons metálicos. O pó obtido a 350 °C/ 2h foi calcinado a 800 e 1000 °C/ 4h e caracterizados por analise termogravimétrica (TG), distribuição de tamanho de partícula, difração de raio X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os filmes de (LSCF6428), (LSCF6428/CGO) e (LSCF6428/CGO/PrOx), foram obtidos por serigrafia de pós calcinados a 1000 °C. Os filmes foram depositados sobre substratos de céria dopada com gadolínia Ce0,9Gd0,1O2-δ (CGO), sinterizados a 1150 °C e caracterizados por espectroscopia de impedância (em oxigênio puro) entre 600 e 800 °C. Os resultados obtidos indicaram que o método utilizado foi eficiente na formação de pós porosos e com a estrutura cristalina perovskita. O tamanho de cristalito para o compósito de LSCF6428/CGO foi de 336 (nm) para o LSCF6428 e 98 (nm) para o CGO, sendo, também o esperado para um pó calcinado a 1000 °C. O valor da resistência específica de área (REA) para o eletrodo de LSCF6428 puro a 750 °C foi de 0,25 ohms.cm2 bastante plausível, principalmente por não ter sido feito uso de platina, para o LSCF/CGO/PrOx foi obtido uma REA de 0,02 ohms.cm2 a 750 °C.

Refractory ceramics are ceramic materials which have among its main features the ability to withstand high temperatures without melting or decomposed and to remain non-reactive and inert when exposed to harsh environments. These characteristics define the purposes for which these materials are proposed, which can be highlighted applications linings, heat treatment and refining of metals, manufacture of glass and power generation. With the constant evolution of the refractory industry, increasingly necessary it becomes the search for technological means to bring improvements to the cost / benefit ratio of the materials produced. The use of natural raw materials is a point of extreme importance in the refractory industry, since these raw materials are found in deposits scattered in the earth's crust. The mullite (3Al2O3.2SiO2) is an alumino-silicate that due to its special properties has been described as one of the most important refractory ceramic of today. The kaolin waste obtained in the second step of the primary kaolin processing can be used as a source for synthesizing mullite. In this context, this study aimed to use the mixture design (kaolin, kaolin waste and alumina) to obtain mullite based refractory ceramics. The samples were pressed and sintered between 1300 and 1550 °C and then subjected to the determination of physical and mechanical properties, characterization of crystalline phases by XRD and microstructural analysis by SEM. The results indicated obtaining mullite from 1300 °C. It was observed that the mullitization process was affected by the concentration of the raw materials and the sintering temperature. In compositions rich in kaolin waste the sintering mechanism by liquid phase favors the densification process. A specific formulation, containing 50 wt.% of kaolin and 50 wt.% of kaolin waste (mica-rich) had twice the mechanical strength of pure kaolin after sintering at 1300 °C. This study demonstrated the possibility of obtaining mullite with up to 94% of relative density through reactive sintering of kaolin/residue kaolin/alumina mixtures at temperatures as low as 1300 °C. Cerâmicas refratárias são materiais cerâmicos que possuem entre suas principais características a capacidade de resistir a temperaturas elevadas sem fundir-se ou decompor-se e de permanecerem não reativos e inertes quando expostos a ambientes severos. Tais características definem os fins aos quais estes materiais se propõem, podendo-se destacar aplicações em revestimentos de fornos, tratamentos térmicos e refino de metais, fabricação de vidros e na geração de energia. Com a constante evolução da indústria refratária, torna-se cada vez mais necessária a busca de meios tecnológicos que tragam melhorias à relação custo/benefício dos materiais produzidos. O uso de matérias-primas naturais é um ponto de extrema importância na indústria de refratários, já que essas matérias-primas são encontradas em depósitos espalhados na crosta terrestre. A mulita (3Al2O3.2SiO2) é um alumino-silicato que em virtude de suas propriedades especiais tem se qualificado como uma das mais importantes cerâmicas refratárias da atualidade. O resíduo de caulim, obtido na segunda etapa do beneficiamento de caulins primários, pode ser utilizado na síntese de mulita. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo utilizar o delineamento de misturas (caulim, resíduo de caulim e alumina) para a obtenção de cerâmicas refratárias à base de mulita. Corpos de prova obtidos por prensagem uniaxial foram sinterizados entre 1300 e 1550 °C e, em seguida, submetidos à determinação das propriedades físico-mecânicas, caracterização de fases cristalinas por DRX e análise microestrutural por MEV. Os resultados indicaram a obtenção de mulita a partir de 1300 °C. Observou-se que o processo de mulitização foi afetado pela concentração das matérias-primas e pela temperatura de sinterização. Nas formulações ricas em resíduo de caulim o mecanismo de sinterização por fase líquida favoreceu o processo de densificação. Uma formulação específica, contendo 50 % de caulim e 50 % de resíduo de caulim (rico em mica), apresentou o dobro da resistência mecânica do caulim puro após sinterização a 1300 °C. Este estudo demonstrou a possibilidade de obter mulita com até 94% de densidade relativa via sinterização reativa de misturas caulim/resíduo de caulim/alumina a temperaturas tão baixas quanto 1300 °C.