Disserta????o
Desenvolvimento de membranas n??o fluoradas a base de PBI para aplica????o em c??lulas a combust??vel de etanol direto de alta temperatura
Development of non-fluorinated PBI-based membranes for application in high temperature direct ethanol fuel cells
Registro en:
10.11606/D.85.2021.tde-18082021-145926
Autor
SILVA, RODRIGO P. da
Resumen
A maioria das c??lulas a combust??vel de membrana de troca prot??nica (PEMFC) utiliza o Nafion?? como eletr??lito. Como possui um mecanismo de condu????o de pr??tons dependente de mol??culas de ??gua, estas c??lulas t??m uma temperatura de opera????o limitada at?? 80??C. O aumento da temperatura de opera????o de uma c??lula PEMFC ?? desejado devido ?? contribui????o da temperatura na acelera????o das rea????es eletroqu??micas, que s??o processos termoativados. Neste contexto, as membranas PBI (polibenzimidazol) dopadas com ??cido fosf??rico t??m sido consideradas um pol??mero base bastante promissor para eletr??litos s??lidos operantes em alta temperatura, devido ?? combina????o de condu????o de pr??tons satisfat??ria em condi????es de baixa umidade relativa e excelente estabilidade t??rmica. No entanto, membranas baseadas em PBI apresentam algumas desvantagens, tais como lixivia????o do ??cido (ve??culo condutor), diminui????o de sua resist??ncia mec??nica, permeabilidade aos combust??veis utilizados em PEMFC operante em alta temperatura (HT-PEMFC), permitindo que uma parte migre do ??nodo para o c??todo da c??lula (crossover) e diminuindo assim a efici??ncia e o desempenho global do dispositivo. Neste contexto, o objetivo do trabalho foi o desenvolvimento e otimiza????o de membranas comp??sitas a base de PBI e ??xido de sil??cio (SiO2), que al??m de atuar como refor??o mec??nico, pode contribuir na mitiga????o do crossover e, dessa forma, se apresentar como uma alternativa ao Nafion como eletr??lito s??lido em c??lulas a combust??vel de etanol direto de alta temperatura (HT-DEFC). Nesse sentido, membranas puras de PBI e comp??sitos PBI-SiO2 com diferentes fra????es de SiO2 (2,5%, 5%, e 10%) foram sintetizadas e caracterizadas por Raman, termogravimetria, microscopia eletr??nica de varredura e espectroscopia de imped??ncia eletroqu??mica. Por fim, as membranas foram avaliadas em prot??tipos de HT-DEFC a 180??C ap??s parametriza????o e otimiza????o dos componentes dos conjuntos eletrodos-membranas (MEA). Ainda, eletrocatalisadores an??dicos baseados em Pt/C, PtSn/C e PtRu/C foram estudados com o objetivo de avaliar o efeito da natureza do catalisador no desempenho de HT-DEFCs. Funda????o de Amparo ?? Pesquisa do Estado de S??o Paulo (FAPESP) Disserta????o (Mestrado em Tecnologia Nuclear) IPEN/D Instituto de Pesquisas Energ??ticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP FAPESP: 17/11937-4