RODRIGO PIRES DA SILVA
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Dissertação IPEN-doc 28019 Desenvolvimento de membranas não fluoradas a base de PBI para aplicação em células a combustível de etanol direto de alta temperatura2021 - SILVA, RODRIGO P. daA maioria das células a combustível de membrana de troca protônica (PEMFC) utiliza o Nafion® como eletrólito. Como possui um mecanismo de condução de prótons dependente de moléculas de água, estas células têm uma temperatura de operação limitada até 80°C. O aumento da temperatura de operação de uma célula PEMFC é desejado devido à contribuição da temperatura na aceleração das reações eletroquímicas, que são processos termoativados. Neste contexto, as membranas PBI (polibenzimidazol) dopadas com ácido fosfórico têm sido consideradas um polímero base bastante promissor para eletrólitos sólidos operantes em alta temperatura, devido à combinação de condução de prótons satisfatória em condições de baixa umidade relativa e excelente estabilidade térmica. No entanto, membranas baseadas em PBI apresentam algumas desvantagens, tais como lixiviação do ácido (veículo condutor), diminuição de sua resistência mecânica, permeabilidade aos combustíveis utilizados em PEMFC operante em alta temperatura (HT-PEMFC), permitindo que uma parte migre do ânodo para o cátodo da célula (crossover) e diminuindo assim a eficiência e o desempenho global do dispositivo. Neste contexto, o objetivo do trabalho foi o desenvolvimento e otimização de membranas compósitas a base de PBI e óxido de silício (SiO2), que além de atuar como reforço mecânico, pode contribuir na mitigação do crossover e, dessa forma, se apresentar como uma alternativa ao Nafion como eletrólito sólido em células a combustível de etanol direto de alta temperatura (HT-DEFC). Nesse sentido, membranas puras de PBI e compósitos PBI-SiO2 com diferentes frações de SiO2 (2,5%, 5%, e 10%) foram sintetizadas e caracterizadas por Raman, termogravimetria, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de impedância eletroquímica. Por fim, as membranas foram avaliadas em protótipos de HT-DEFC a 180°C após parametrização e otimização dos componentes dos conjuntos eletrodos-membranas (MEA). Ainda, eletrocatalisadores anódicos 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.Resumo IPEN-doc 26798 Development of non-fluorinated membranes based on PBI for application in high temperature fuel cells (HT-PEM)2019 - SILVA, R.P.; SOUZA, R.F.B. de; SANTOS, C.M.G.; SILVA, A.J.; SANTIAGO, E.I.Most of Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFCs) use the Nafion as electrolyte, which has a limitation in the operating temperature. Usually, these cells operate up to 80°C since the proton conduction is dependent on water molecules carriers. The increase in the operating temperature of a PEMFC cell is desired due to the contribution of the temperature in the acceleration of the electrochemical reactions, which are thermoactivated processes. In the context of searching alternative polymeric electrolytes, PBI (polybenzimidazole) membranes have been considered a promising membrane for high temperature operating PEMFC (HT-PEMFC) due to the combination of satisfactory proton conduction in conditions of low relative humidity (RH) and excellent thermal stability. Pure PBI membranes were prepared by casting a solution of PBI / N, N'-dimethylacetamide (DMAc) and doped with phosphoric acid at different times (1, 3, 5, 7 10 and 15 days). Each membrane was evaluated in Fuel Cell tests, doping level and online Raman tests in order to determine effects of doping level, chemical degradation and fuel cell performance. The electrodes were optimized by studying different catalytic layer composition and the cell tested at different operational conditions.