Passive direct ethanol fuel cells: modeling studies

• Autor(a) principal: Pereira, Joana Patrícia Carvalho
• Data de Publicação: 2013
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/11407
• topic: Engenharia do ambiente; Células de combustível; Etanol

O presente trabalho teve como objetivo o estudo de modelação de uma célula de combustível com injeção direta e passiva de etanol operando em condições ambientais. Este estudo foi desenvolvido tendo em conta a importância crescente dos sistemas com alimentação direta e passiva de etanol como solução para as aplicações portáteis. No decurso deste trabalho, foi desenvolvido um modelo matemático para a célula passiva, em estado estacionário e a uma dimensão, incorporando o transporte de calor e massa bem como as reações eletroquímicas que ocorrem no ânodo e no cátodo da célula de combustível. Este modelo simplificado pode ser rapidamente implementado usando métodos numéricos simples existentes no Excel, e reproduz de modo satisfatório os dados experimentais obtidos. Neste trabalho, foi também desenvolvida uma instalação laboratorial para determinação experimental das curvas de polarização e de potência da célula. Para esse fim, foi concebida e construída uma célula com uma área ativa de 25 cm2. Um estudo experimental detalhado para a célula passiva operando sob condições ambientais é apresentado nesta tese. As previsões do modelo foram comparadas com os resultados experimentais e verificou-se uma grande concordância entre ambos. Deste modo, o funcionamento da célula de combustível com injeção direta e passiva de etanol foi explicado à luz das previsões do modelo para o atravessamento de metanol e de água através da membrana. O efeito das condições de operação (tais como a concentração de etanol na alimentação ao ânodo e a densidade de corrente), bem como de parâmetros de configuração (materiais que constituem as camadas de difusão e espessura da membrana polimérica), no desempenho da célula foi estudado detalhadamente, e as previsões do modelo reproduziram satisfatoriamente os resultados obtidos. Dada a escassa informação existente sobre este tema na literatura atual, os resultados obtidos neste estudo são de elevado interesse e apresentam grande importância para o futuro desenvolvimento de células de combustível com injeção direta e passiva de etanol.