Rela????o morfologia-propriedades el??tricas de eletr??litos comp??sitos de Nafion para c??lula a combust??vel de alta temperatura

• Autor(a) principal: MATOS, BRUNO R. de
• Data de Publicação: 2012
• Tipo de documento: Tese
• Título da fonte: Repositório Institucional do IPEN
• Texto Completo: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/10175
• topic: direct ethanol fuel cells; electrolytes; composite materials; silicon oxides; zirconium phosphates; titanium oxides; temperature range 0400-1000 k; morphology; electrical properties

As c??lulas a combust??vel a etanol direto (DEFCs) s??o consideradas geradores de energia eficientes e de baixo impacto ambiental. O foco deste trabalho ?? avan??ar o entendimento sobre eletr??litos comp??sitos h??bridos do tipo Nafion-cer??mica visando o aumento do desempenho das DEFCs operando em T ~ 130 ??C. Part??culas inorg??nicas foram crescidas na matriz polim??rica formando os comp??sitos Nafion-S??lica (NS), Nafion-Fosfato de Zirc??nio (NZ) e Nafion-Tit??nia (NT). Este ??ltimo (NT) serviu como material precursor para a convers??o in situ da tit??nia em nanotubos de titanato de hidrog??nio por uma rota hidrot??rmica alcalina assistida por micro-ondas (NNTH). A rela????o microestrutura-propriedades el??tricas foi estudada por meio de medidas de espectroscopia diel??trica, an??lise din??mico-mec??nica, calorimetria diferencial explorat??ria e espalhamento de raios X em baixo ??ngulo. Estas t??cnicas contribu??ram, por exemplo, para inferir a localiza????o das part??culas inorg??nicas na estrutura multif??sica do Nafion e estabelecer a sua influ??ncia nas propriedades gerais dos comp??sitos. Os resultados indicaram que as intera????es de repuls??o eletrost??tica de longo alcance entre os grupos sulf??nicos do Nafion hidratado provocam a transi????o conformacional das cadeias principais do estado enovelado para a conforma????o tipo bast??o. Tal transi????o promove a redu????o da condutividade prot??nica e da estabilidade mec??nica do Nafion para temperaturas acima da temperatura da relaxa????o (Tα ~ 110 ??C), a qual pode ser deslocada para maiores temperaturas (T > 160 ??C) nos comp??sitos h??bridos. A intera????o das part??culas de s??lica e de tit??nia com a fase condutora do Nafion ?? maximizada, enquanto que as part??culas de fosfato de zirc??nio est??o localizadas majoritariamente nos dom??nios apolares. As intera????es entre os grupos sulf??nicos do Nafion e as part??culas de tit??nia contribu??ram para a melhora das propriedades mec??nicas em altas temperaturas e para a redu????o da permeabilidade ao etanol, as quais promoveram o aumento do desempenho da DEFC em altas temperaturas. A baixa permeabilidade ao etanol e as melhores propriedades termomec??nicas e de transporte prot??nico dos comp??sitos NNTH refletiram em um elevado desempenho das DEFCs a 130 ??C, evidenciando que estes eletr??litos comp??sitos s??o promissores para a aplica????o pretendida.