SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DA ZICÔNIA DOAPADA COM ÓXIDOS MISTOS DE TERRAS RARAS PARA APLICAÇÃO COMO ELETRÓLITO SÓLIDO

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1 SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DA ZICÔNIA DOAPADA COM ÓXIDOS MISTOS DE TERRAS RARAS PARA APLICAÇÃO COMO ELETRÓLITO SÓLIDO 1 L. F. de M. Souza; A.M. Nieto; 1 R. A. Muñoz M. 1 Universidade de Brasília - Faculdade Gama, Área Especial de Indústria Projeção a Brasília CEP: Bairro: Gama - Setor Leste lays.furtado94@gmail.com RESUMO Soluções solidas de zircônia dopada contendo porcentagens de 9 e 11% mol de óxido de ítrio obtido por óxidos mistos de terras raras, foram obtidas utilizando o método dos precursores poliméricos (Pechini). Os materiais particulados resultantes da síntese foram caracterizados por análise térmica diferencial/termogravimétrica (ATD/TG) para identificar a temperatura de transição de fase do óxido e difração de raios X (DRX) para identificar as fases cristalinas estabilizadas. Os pós foram tratados termicamente a 550ºC e moídos em um moinho de atrito. Para confecção dos corpos de prova os respectivos pós foram compactados por prensagem uniaxial a frio e sinterizados. As amostras foram caracterizadas por densidade de Arquimedes, microscopia eletrônica de varredura e por espectroscopia de impedância. Os principais resultados revelaram obtenção de soluções sólidas a temperaturas menores que 650 C, presença da fase cúbica da zircônia e pós com tamanho de partícula submicrométrico, amostras com densas, aumento da condutividade com o aumento da temperatura. A amostra dopada com 11% mol óxido de ítrio foi mais condutora com valores significativos a partir de 310 C. Palavras-chave: Zircônia dopada, eletrólito sólido, células a combustível 1. INTRODUÇÃO As células a combustível são dispositivos capazes de converter energia química em energia elétrica e podem ser fontes alternativas de geração de energia. Além de possuírem alta eficiência, possuem baixíssimas emissões de gases ao meio ambiente (Maeland et. al, 2009). Uma célula combustível de óxido sólido é formada por um eletrólito sólido, o qual é um condutor iônico e isolante eletrônico, situado 1087

2 entre dois eletrodos, anodo e catodo. A geração de energia elétrica se dá pela reação de oxidação do combustível, que ocorre no anodo, gerando elétrons que são utilizados na reação de redução do agente oxidante, reação que ocorre no catodo. A reação de oxidação do combustível no anodo ocorre consumindo íons oxigênio gerados no catodo, que chegam ao anodo por difusão através do eletrólito. O subproduto desse processo de geração de energia é o vapor de água (MAELAND, 2009). Eletrólitos sólidos baseados em soluções sólidas de zircônia dopada com diferentes óxidos têm sido amplamente estudados nas últimas décadas pela sua elevada condução iônica numa ampla faixa de temperatura e pressões parciais de oxigênio (HUIJSMANS, 2001). O óxido de ítria permite obter a estrutura cúbica da zircônia em temperaturas menores, formando vacâncias de oxigênio trazendo boa condutividade ao eletrólito e apresenta boa estabilidade química em relação aos outros componentes da célula (Cuenca, 2002). O objetivo deste é sintetizar pelo método dos precursores poliméricos (Pechini), caracterizar e comparar por análise térmica e difração de raios-x a zircônia dopada com porcentagens de 11% e 9% mol de óxido de ítrio através de óxidos mistos de terra rara, construir amostras de eletrólitos sólidos com as respectivas porcentagens, caracterizar e comparar por microscopia eletrônica de varredura, densidade aparente e espectroscopia de impedância. 2. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS Para a síntese da zircônia dopada com porcentagens de 9 e 11% mol de óxidos mistos de terras raras utilizando o método dos precursores poliméricos (Pechini), foram usados como materiais de partida o tetra Butóxido de zircônio (TBZ) e o carbonato de terras raras. O carbonato de terras raras Re 2 (CO 3 ) 3 utilizado para dopar a zircônia, já foi caracterizado em trabalhos anteriores. É composto principalmente por 75,88 %, em peso, de óxido de ítrio (Y 2 O 3 ), 12,10% de óxido de disprósio (Dy 2 O 3 ), 4,04% de óxido de érbio (Er 2 O 3 ) e 1,94% de óxido de hólmio (Ho 2 O 3 ) (MUÑOZ, 2013; HWANG, 2006). Para distinguir as amostras obtidas, a identificação nomenclatura específica de cada amostra foi definida conforme apresentado na tabela 1. A primeira letra (Z) indica que a composição é das amostras é majoritariamente à base de zircônia, 1088

3 ZrO 2. O número indica a quantidade (em moles) de dopante no composto. A abreviatura Pch vem do método de sínteses empregado (Pechini). Tabela 1: Nomenclatura das amostras COMPOSIÇÃO NOMECLATURA (% mol) ZrO2 Y2O3 Z9-Pch 91 9 Z11-Pch Método dos precursores poliméricos Pechini Para ambas as amostras foram realizados os mesmos procedimentos, considerando o teor de dopagem das mesmas. Foram preparadas três soluções. Na primeira solução, ácido cítrico na forma sólida foi dissolvido com etileno glicol na relação de 1:4 em um béquer sob agitação constante num agitador magnético com aquecimento de 70 C. A segunda solução foi de tetra butóxido de zircônio (TBZ) dissolvido numa solução 2,6 molar de ácido nítrico para fácil hidrolise sob agitação constante. E por fim, na terceira solução o carbonato de ítrio foi dissolvido numa solução 0,3 molar de ácido nítrico sob agitação constante. Após a completa dissolução das três soluções, a segunda e a terceira foram adicionadas à primeira solução. Após a homogeneização de todos os componentes, foi adicionado hidróxido de amônio para diminuir a acidez da solução, devido a adição de ácido nítrico, tendo leitura controlada por um ph-metro até atingir um ph 9. A solução foi colocada em uma chapa de aquecimento com constante agitação à 120 C para eliminação do solvente e favorecer as reações de polimerização que ao fim resultou em uma resina viscosa. A resina foi levada ao forno para secagem com temperatura de 250 C por aproximadamente 18 horas, onde resultou em um pó escuro e homogêneo o qual foi desagregado em almofariz Caracterização da Matéria-Prima As caracterizações dos pós resultantes da síntese foram efetuadas por: análise térmica diferencial e termogravimétrica (ATD/TG) visando à identificação da temperatura de transição de fase do óxido, e difração de raios X (DRX) visando à 1089

4 identificação de fases cristalinas estabilizadas considerando o teor de aditivo utilizado nas amostras tratadas termicamente a 550 e 800ºC. As análises térmica diferencial e termogravimétrica de ambas as amostras foram realizadas utilizando cadinhos de platina com taxa de aquecimento de 10 C/min até 800 C no Laboratório de Análises Instrumentais do Campus Gama, da Universidade de Brasília, no equipamento de modelo Tx SDT Q600. Para a difração de raios-x, as condições foram com os parâmetros de faixa 02 a 80 graus, passo de 0,05 graus e velocidade de 5 /min no Laboratório de Difração de Raio-x, do Instituto de Geociências da Universidade de Brasília, utilizando o equipamento de modelo Rigaku Ultima IV. Os resultados da difração foram tornando comparados com as bases de dados existentes utilizando o programa crystallographic Search-Match Processamento cerâmico: Moagem, Compactação e Sinterização Para confecção dos corpos de prova, os pós sintetizados com as citadas porcentagens de dopagem, foram tratados termicamente a 500 C considerando os resultados das analises térmicas, moídos, compactados e sinterizados. A moagem foi realizada com objetivo de romper os aglomerados dos pós, no Laboratório de Materiais do Campus Gama da Universidade de Brasília, com álcool isopropílico e bolas de zircônia sinterizadas (aproximadamente 2 mm de diâmetro) em uma relação mássica de 1:4. O moinho ficou em constante agitação por 1 hora. Após foi realizada a secagem da mistura em uma chapa de aquecimento para evaporação da parte líquida. Foram retiradas as bolas de zircônia e desagregado o pó em almofariz de ágata que seguiu para o peneiramento em uma peneira de 0,045 mm de abertura da malha. Através de prensagem uniaxial a frio, foram compactados os corpos de prova em uma matriz cilíndrica de aproximadamente 10 mm de diâmetro. Foi utilizado aproximadamente 0,15g de pó e a pressão para a compactação utilizada foi de 1,5 toneladas (187 MPa) durante 30 segundos. Os corpos de prova compactados foram sintetizados no forno de modelo NABERTTHERM LHT407GN6, onde as amostras foram aquecidas 900ºC em uma taxa de aquecimento de 5ºC/min com patamar de 5 minutos nesta temperatura. Após o primeiro aquecimento foi realizado o segundo aquecimento até 1500 ºC a 1090

5 uma taxa de 2ºC/min por duas horas. A taxa de resfriamento após o processo foi de 10ºC/min até 40 ºC. O cronograma de sinterização seguido foi visto em literatura e reproduzida neste ensaio (MUÑOZ, 2013) Caracterização dos Corpos de Prova As amostras Z9-Pch e Z11-Pch foram caracterizadas por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Densidade Aparente e Espectroscopia de Impedância. Para realizar a MEV as amostras foram metalizadas com uma fina camada de ouro para que possa haver a condução eletrônica dentro do microscópio (ARAKAKI, 2010). A MEV permite observar e analisar as formas das partículas e dos aglomerados do material. Foi realizada a análise do tamanho grão, onde, foram traçadas linhas sobre as imagens interceptando os grãos nas imagens adquiridas no MEV para que então fossem tiradas as médias de quantidades de grãos em uma linha com dimensão pré-determinada e então foi realizado cálculo entre a razão do tamanho da linha de intersecção e a média da quantidade de grãos encontrados (método do intercepto). A análise foi realizada por um microscópio eletrônico de varredura de modelo JEOL JED-2300, do Laboratório de Engenharia Mecânica da Universidade de Brasília. Através do principio de Arquimedes, foi calculado a densidade aparente dos corpos de prova. Foi pesada a massa seca (Ms), e então os corpos de prova foram imergidos em água destilada por 24h, retirados e realizada a pesagem da massa úmida (Mu), e por fim, foi pesada em uma balança hidrostática a massa imersa (Mi). Após a realização da técnica de medição da densidade aparente, as amostras foram secas em um agitador magnético para realizar a espectroscopia de impedância. Para conhecer o comportamento elétrico das amostras, foi realizada a espectroscopia de impedância na Universidade de São Carlos (UFSCar) onde os corpos de prova foram lixados, polidos, cobertos com pasta de platina em suas faces e realizada a cura da pasta a 900ºC por 20 minutos, formando assim os contatos elétricos. Foram realizadas medições com variações de faixas de temperatura de 235ºC até 385ºC com variações de 25 em 25ºC. 1091

6 3. RESULTADOS Os resultados das análises da caracterização da matéria-prima e dos corpos de prova sintetizados são descrito a seguir Analises da matéria prima Na figura 1, nas curvas ATD/TG para as amostras em estudo, Z9-Pch,e Z11- Pch, é visto um processo endotérmico a 73 e 70 C, respectivamente, referente à vaporização da água residual. Outro pico, este exotérmico é observado para as amostras iniciando ao redor dos 300 C sugerindo o início da degradação da resina polimérica, decorrente da decomposição térmica das ligações simples do polímero (PRABHAKARAN, 2007), processo que termina em temperaturas de 446 e 441 C, respectivamente, compreendendo a mudança de fase de sólido amorfo para sólido cristalino. É descartado inicio da transformação de fase antes dos 400 C devido à ausência de picos de difração na análise, onde a amostra compreende a uma fase totalmente amorfa. Em torno 600 C se dá o início de uma segunda transformação fase. A perda de massa para temperaturas superiores a 450 ºC é pouco significativa, e o evento importante que acontece a partir dessa temperatura até 1000 C, além da eliminação de materiais orgânicos, é a cristalização (TAKODORO, 2000). Após a temperatura de 740ºC todo material orgânico, nitratos e compostos indesejados são eliminados e a sinterização deve ocorrer acima desta temperatura (MARTINEZ, 2013). Figura 1: Análises Térmicas da Z9-Pch e Z11-Pch 1092

7 Foram realizados tratamentos térmicos em diferentes temperaturas para as amostras Z9-Pch e Z11-Pch à 550 e 800 ºC com objetivo de avaliar a evolução da fase cristalina em função do aumento da temperatura de calcinação. Aos 550 C, para ambas as amostras, tornando como comparação bases de dados existentes (LAMAS, 2000; MUÑOZ, 2013), são evidenciados vários picos de difração, referentes às fases da zircônia tetragonal e/ou cúbica, presentes em forma sobreposta. Os picos de difração são dados em aproximadamente 30º, onde está localizado o pico mais intenso da fase tetragonal e cúbica da zircônia, e 35, 50, 60, 62.5 e 73,5 (2θ), e são comprovados pela fórmula a presença de ZrO 2 dopado com Y 2 O 3 (figura 2). Paras as amostras submetidas ao tratamento térmico a 800 C, os picos aumentam de intensidade e diminuem a largura, sugerindo diminuição do caráter amorfo com eliminação de impurezas como visto no resultado da análise térmica e aumento da cristalinidade e (Castro, 2007). Z9-Pch Z11-Pch Intensidade (u.a) Intensidade (u.a) (011) (002) (112) (013) (022) (004) Angulo de Difraçao (2θ) Angulo de Difraçao (2θ) Figura 2: Difração de raio x das amostras Z9-Pch e Z11-Pch 3.2. Análises dos corpos de prova Através da MEV foram analisadas as superfícies das amostras. As micrografias representativas referentes aos corpos de prova estão representadas a seguir na figura 3 e na figura

8 a b Porosidade intergranular Porosidade intragranular Figura 3: Micrografias obtidas por MEV da superfície da Z9-Pch: a) ampliação de a 1500X b) ampliação 3000X. b Porosidade intergranular Porosidade intragranular Figura 4: Micrografias obtidas por MEV da superfície da Z11-Pch: a) ampliação de 1500X b) ampliação 3000X. As micrografias mostram que a amostra Z9-Pch que a amostra possui maior porosidade que a amostra Z11-Pch. É observado em ambas as amostras a presença de poros intergranular e intragranular, onde este último possui mais incidência na Z9-Pch. A presença de porosidade tanto intragranular, quanto intergranular bloqueia os portadores de carga, sendo assim opositora ao fluxo de carga (MUÑOZ, 2013). A maior porosidade presente na Z9-Pch é um dos fatores que pode diminuir a sua condutividade elétrica. O tamanho médio de grão das amostras foi calculado pelo método do intercepto com o auxílio do software ImageJ. A amostra Z9-Pch possui tamanho médio aproximado de 3,17μm e a Z11-Pch de 5,26μm. Os resultados mostram que a amostra Z11-Pch possui tamanho de grão maior que a Z9-Pch. Quanto menor quantidade de contornos de grão na amostra a resistividade será menor, contribuindo assim para o aumento da condutividade (MUÑOZ, 2013). 1094

9 A densidade dos corpos de prova foi calculada pelo método de Arquimedes e comparada relativamente à densidade teórica, descritas na tabela 2. Tabela 2: Densidade Aparente AMOSTRA DENSIDADE APARENTE (g/cm³) DENSIDADE TEÓRICA (g/cm³) Z9-Pch 5,4749 5, ,85 Z11-Pch 5,3926 5, ,17 DENSIDADE RELATIVA (%) Os eletrólitos sólidos de SOFC devem possuir alta densidade para evitar passagem de gases pelo seu interior, assim sendo aproximadamente 92% da densidade teórica (MUÑOZ, 2013). Ambas as amostras obtiveram a densidade relativa a teórica maior. A amostra Z9-Pch se demonstrou mais densa em relação a Z11-Pch. Com objetivo de estudar o comportamento elétrico das amostras Z9-Pch e Z11-Pch em função da temperatura, foram feitas medidas de impedância a 235, 260, 285, 310, 335, 360 e 385ºC para que fosse conduzido o cálculo das resistividades, condutividade e finalmente as energias de ativação. Para encontrar a resistividade foi utilizada a equação C, em que A (cm²) é a área, L (cm) a espessura do corpo de prova e R (kω) a resistência obtida através dos semicírculos de Nyquist (CAJAS, 2012), para cada amostra. ρ = R x A L A figura 5 apresenta os diagramas de impedância nas temperaturas de 310ºC e 335ºC para os corpos de prova sintetizados, onde são diferenciados claramente dois semicírculos, onde, o primeiro semicírculo de representa o aporte do resistivo do grão, e segundo representa o aporte resistivo do contorno do grão (IRVINE, 1990). [C] 1095

10 600 Z9-Pch 310C 335C 600 Z11-Pch 310C 335C Z'' (kωcm) Contorno de Grão -Z'' (kωcm) Grão Z' (kωcm) Z' (kωcm) Figura 5: Espectros das amostras Z9-Pch e Z11-Pch à 310ºC e 335ºC É observado através da figura 5, que a amostra Z9-Pch é mais resistiva que a amostra Z11-Pch. A resistividade do contorno de grão da amostra Z9-Pch é maior que a da Z11-Pch, que pode ser correlacionada a presença de poros, quantidade grande de contorno de grão devido à tamanho de grão menores, como visto nas micrografias obtidas no MEV. Em 310 C a amostra Z11-Pch possui a resistividade do grão maior e resistividade do contorno de grão menor comparada à Z9-Pch. Ambas as amostras possuem o mesmo comportamento de diminuição da resistência à medida do aumento de temperatura. Em 335 C a resistividade do grão e contorno de grão da Z11-Pch é menor que a Z9-Pch. Com os valores de resistividade obtidos para cada temperatura de ensaio, foi possível calcular as condutividades através do seu inverso e traçada a curva de condutividade, demonstradas na figura 6. 0,00008 Z9-Pch Grao Contorno de Grao Total 0,00010 Z11-Pch Grao Contorno de Grao Total Condutividade (Ω-¹cm-¹) 0, , , , , , ,00001 Condutividade (Ω-¹cm-¹) 0, , , , , , , , , , , , Temperatura ( C) -0, Temperatura ( C) Figura 6: Condutividade das amostras do Grão, Contorno de Grão e Total 1096

11 Através dos gráficos foi observado que a condutividade do grão, contorno de grão e total das amostras tem um comportamento, entre 235ºC e 285ºC, semelhante. Em temperaturas acima de 285ºC, há aumentos mais abruptos de condutividade, demonstrando também que a amostra Z11-Pch é mais condutora a partir de aproximadamente 290ºC. Através da condutividade foram construídos os gráficos de Arrhenius (LogσT Vs. 1000/T), sendo possível obter a energia de ativação para o processo de condução, figura 7. -3,5-4,0 Z9-Pch Grao Contorno de Grao Total -3,5-4,0 Z11-Pch Grao Contorno de Grao Total -4,5-4,5-5,0-5,0 Ω-¹cm-¹K -5,5-6,0 Ω-¹cm-¹K -5,5-6,0-6,5-6,5-7,0-7,0 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 1000/T(K) 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 1000/T(K) Figura 7: Gráficos de Arrhenius do Grão, Contorno de Grão e Total Os gráficos demonstram que as amostra não apresentam desvios no comportamento do tipo Arrhenius, é visto um comportamento linear de ambas as amostras em todos os gráficos. Da inclinação destas retas hipotéticas foram obtidas as energias de ativação do grão, contorno de grão e total, sendo apresentas na tabela 3. Tabela 3: Energia de ativação das amostras AMOSTRA Energia de Ativação Grão Contorno de Grão Total Z9-Pch 1, , ,1269 Z11-Pch 1,1515 1, ,15147 Os valores são similares aos encontrados em trabalhos anteriores, para condutores de oxigênio à base de óxido de zircônio que estão na faixa de 1 a 1.2 ev (MUCCILLO, 2008; MUÑOZ, 2013). Ambas as amostras possuem ordem de magnitude para cada temperatura similar à reportada na literatura para aplicação como eletrólito sólido (MUÑOZ, 2013; ZHANG, 2007; PIMENOV, 1998; BADWAL, 1985; CAJAS, 2012) 1097

12 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS O método de Pechini traz uma homogeneidade dos componentes de dopagem da zircônia e uma conformação boa dos corpos de prova. A difração de raios-x confirmou que ocorreu a perfeita dopagem da zircônia com o composto de terras raras. A microscopia eletrônica de varredura feita no corpo de prova mostrou de forma qualitativa a porosidade das amostras, sendo a Z11-Pch com menos porosidade e maior tamanho de grão. Ambas as amostras possuem densidade relativa a teórica maior que 92%, sendo a Z9-Pch mais densa, e ambas sendo consideradas para aplicação com eletrólitos. A análise da espectroscopia evidenciou através dos gráficos, menores valores de resistência e aumento significativo na linha de condutividade com o aumento da temperatura. Foi demonstrado que a energia de ativação das amostras está de acordo com o definido em literatura. A amostra Z11- Pch se revelou significativamente mais condutiva que a Z9-Pch para temperaturas acima de 310 C. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARAKAKI, A. R. (2010). Obtenção de cerâmicas de céria - samária - gadolínia para aplicação como eletrólito em células a combustível de óxido sólido (SOFC).104 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Ciências na Área de Tecnologia Nuclear, Materiais, Universidade de São Paulo, São Paulo, CAJAS D.; P.C (2012). Determinação da Condutividade Iônica de Eletrólitos Sólidos à Base de ZrO2:3%mol Y2O3 Co-dopada com um Concentrado de Terras Raras. Dissertação de Mestrado em Ciências Mecânicas. Publicação ENM.DM-181A/2012 Departamento de Engenharia Mecânica. Universidade de Brasília. Brasília DF, 108p. CASTRO, A. C. (2007). Determinação Quantitativa De Fases Em ZrO2-MgO-Y2O3 Utilizando O Método Rietveld. Dissertação de Mestrado. Área: Tecnologia Nuclear - Materiais. Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, 94p. HAN, M., X. Tang, H. Yin, and S. Peng, Fabrication, microstructure and properties of a YSZ electrolyte for SOFCs, Journal of Power Sources, vol. 165, no. 2, pp , Mar

13 HUIJSMANS, J., Ceramics in solid oxide fuel cells, Current Opinion in Solid State and Materials Science, vol. 5, no. 4, pp , HWANG, M. K. (2006). Desenvolvimento, caracterização microestrutural e mecânica de cerâmicas de SiC aditivadas com alumina e óxidos de terras raras. Tese de Doutorado. Área de Concentração: Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores. InstitutoNacional de Pesquisas Espaciais., 115p. IRVINE, J. T. S., Sinclair, D. C., & West, A. R. (1990). Electroceramics: Characterization by Impedance Spectroscopy. Advanced Materials, 2(3), LAMAS, D.G., Walsoe de Reca N.E. (2000). "X-ray diffraction study of compositionally homogeneous, nanocrystallineyttria-doped zirconia powders", Journal of Materials Science 35, MAELAND D., C. Suciu, I. Wærnhus, and A. C. Hoffmann, Sintering of 4YSZ (ZrO2 + 4mol% Y2O3) nanoceramics for solid oxide fuel cells (SOFCs), their structure and ionic conductivity, Journal of the European Ceramic Society, vol. 29, no. 12, pp , Sep MARTÍNEZ, J. M. G. (2013). Obtenção De Eletrólitos Sólidos Com Composição Ce0,8gd0,2o1,9, Para Aplicaçoes Em Células A Combustível. Universidade De Brasília. MUCCILLO, E. N. S. (2008). Condutores de íons oxigênio - uma breve revisão ( Oxygen-ion conductors - a brief review ). Cerâmica, 54, MUÑOZ, R. A.(2013). Microestrutura e propriedades elétricas da zircônia dopada com óxidos mistos de terras raras para aplicação como eletrólito sólido., Tese de Doutorado.Programa de pós-graduação em Sistemas Mecatrônicos. Departamento de Engenharia Mecânica. Universidade de Brasília-UnB, p. 151, PETERS, A., Korte, C., Hesse, D., Zakharov, N., & Janek, J. (2007). Ionic conductivity and activation energy for oxygen ion transport in superlattices The multilayer system CSZ (ZrO2+CaO)/Al2O3. Solid State Ionics, 178(1-2), PRABHAKARAN, K., Melkeri, A., Gokhale, N. M., & Sharma, S. C. (2007). Synthesis of nanocrystalline 8mol% yttria stabilized zirconia powder from sucrose derived organic precursors. Ceramics International, 33(8),

14 VILLAS-BÔAS, L. A. (2013). Nano céria dopada com gadolínia: condutividade elétrica e correlação com a micro e nanoestrutura. 246 f. Tese (Doutorado) - Curso de Ciência e Engenharia de Mateirias, Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, AGRADECIMENTOS À Universidade de Brasília por disponibilizar a estrutura necessária para desenvolvimento do trabalho, à Fundação de Apoio a Pesquisa do Distrito Federal (FAPDF) pelo apoio financeiro (Edital 04/2017 Demanda Espontânea), ao Decanato de Pesquisa e Inovação (DPI/UnB) e ao Decanato de Pesquisa e Pós- Graduação (DPG/UnB) pelo apoio financeiro. A todos que contribuíram direta ou indiretamente para a produção desse trabalho. SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF ZICONIA DOUBTED WITH RARE EARTH OXIDES FOR APPLICATION AS A SOLID ELECTROLYTE ABSTRACT Solid solutions of doped zirconia containing percentages of 9 and 11 mol% of yttrium oxide obtained by mixed rare earth oxides were obtained using the polymer precursor method (Pechini). The particulate materials resulting from the synthesis were characterized by differential thermal / thermogravimetric analysis (ATD / TG) to identify the phase transition temperature of the oxide and X-ray diffraction (XRD) to identify the stabilized crystalline phases. The powders were thermally treated at 550 C and milled in a friction mill. For the preparation of the specimens the respective powders were compacted by cold uniaxial pressing and sintered. The samples were characterized by Archimedes density, scanning electron microscopy and impedance spectroscopy. The main results showed solid solutions at temperatures lower than 650 C, presence of the cubic phase of zirconia and powders with submicron particle size, dense samples, increase in conductivity with increasing temperature. The sample doped with 11 mol% yttrium oxide was more conductive with significant values from 310 C. Keywords: doped zirconia, solid electrolyte, fuel cells 1100