Prepara????o e caracteriza????o de eletr??litos comp??sitos NAFION-TiOsub(2) para aplica????o em c??lulas a combust??vel de membrana de troca prot??nica

• Autor(a) principal: MATOS, BRUNO R. de
• Data de Publicação: 2008
• Tipo de documento: Dissertação
• Título da fonte: Repositório Institucional do IPEN
• Texto Completo: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/11615
• topic: proton exchange membrane fuel cells; titanium oxides; electrolytes; composite materials

A fabrica????o e a caracteriza????o de eletr??litos comp??sitos Nafion - TiO2, e seu uso em c??lulas PEM (Proton Exchange Membrane) operando em temperaturas elevadas (~ 130 ??C) foram estudados. A opera????o em altas temperaturas da c??lula PEM traz benef??cios, como o aumento da cin??tica das rea????es eletr??dicas, o aumento da cin??tica de transporte difusional nos eletrodos e o aumento da toler??ncia da c??lula ao contaminante mon??xido de carbono. O Nafion ??, eletr??lito polim??rico comumente empregado em c??lulas PEM, possui condutividade el??trica dependente da quantidade de ??gua contida em sua estrutura. Desta forma, o aumento da temperatura de opera????o da c??lula acima de 100 ??C causa a desidrata????o do pol??mero diminuindo acentuadamente sua condutividade el??trica. Para aumentar o desempenho dos eletr??litos operando em altas temperaturas, eletr??litos comp??sitos (Nafion-TiO2) foram preparados pelo m??todo de conforma????o por evapora????o em molde. A adi????o de part??culas higrosc??picas de tit??nia (TiO2) na matriz polim??rica visa melhorar as condi????es de umidifica????o do eletr??lito em temperaturas elevadas. Tr??s tipos de part??culas de tit??nia com diferentes ??reas de superf??cie espec??fica e formas distintas foram investigados. Comp??sitos ?? base de Nafion com adi????o de 2,5 a 15% em massa de part??culas de tit??nia com forma aproximadamente esf??rica e com ??rea de superf??cie espec??fica de at?? ~115 m2g-1 apresentaram maiores valores da temperatura de transi????o v??trea do que o pol??mero. Este aumento melhora a estabilidade do eletr??lito durante a opera????o de c??lulas a combust??vel PEM em 130 ??C. Os comp??sitos formados a partir da adi????o de nanotubos derivados de tit??nia apresentaram pronunciado ganho de desempenho e maior estabilidade t??rmica em opera????o de c??lulas acima de 100 ??C. Neste caso, a elevada ??rea superficial e a forma dos nanotubos de tit??nia contribu??ram significativamente para o aumento da absor????o e da reten????o de ??gua do comp??sito. Por outro lado, as curvas de polariza????o mostraram um aumento na polariza????o por queda ??hmica com o aumento da concentra????o das part??culas cer??micas adicionadas. A morfologia do pol??mero n??o foi alterada com a adi????o de part??culas inorg??nicas, portanto, o desempenho dos comp??sitos reflete uma competi????o entre a adi????o de uma fase isolante, que diminui a condutividade el??trica, e o aumento da estabilidade t??rmica ou da reten????o de ??gua do comp??sito. Os eletr??litos comp??sitos testados provaram serem promissores na aplica????o em c??lulas PEM em temperaturas acima de 100 ??C.