Avaliação do uso de polímeros hidrocarbônicos sulfonados na preparação de camada de difusão gasosa e catalítica de célula a combustível tipo PEMFC

• Autor(a) principal: Freitas, Mauricio Azevedo de
• Data de Publicação: 2014
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/103795
• topic: Engenharia

Neste trabalho foram utilizados dois polímeros hidrocarbônicos eletrólitos na preparação de dois componentes da célula a combustível com membrana trocadora de prótons (PEMFC): o copolímero de estireno-indeno sulfonado (SStInd) na camada preparação da camada de difusão gasos (GDL), e o polindeno sulfonado (SPInd) na preparação camada catalítica (GDE). O uso do copolímero na GDL teve o intuito de melhorar a estabilidade da emulsão carbono/PTFE e deposição sobre o tecido de carbono. A adição do SPInd na solução de Nafion usada na preparação da camada catalítica, , sendo este um eletrólito, teve como objetivo facilitar o transporte de prótons da GDE para membrana eletrólito. Os polímeros hidrocarbônicos foram sulfonados com ácido clorosulfônico (PInd) e com sulfato de acetila (StInd), de forma a inserir grupos ácido sulfônico na cadeia desses polímeros, tornando estes eletrólitos e hidrofílicos. Amostras de GDLs e GDEs foram preparadas variando o teor do eletrólito na composição mesmas. As GDLs foram utilizadas para a preparação das GDEs, e foram avaliadas quanto a estabilidade térmica e morfologia. A camada catalítica foi preparada em uma das faces da GDL. As GDLs e GDEs foram avaliadas quanto ao desempenho em protótipo de PEMFC utilizando-se membrana Nafion-117 e catalisador de Pt/C, a 80 ºC e a 130 ºC. Verificou-se que o eletrólito SStInd teve efeito significativo como estabilizante na emulsão de carbono, e melhorou deposição desta no tecido de carbono, usado como suporte, por aspersão, porém a deposição a vácuo não foi melhorada. A modificação da viscosidade da emulsão de carbono afetou o recobrimento do tecido de carbono em relação a emulsão de referência. No tratamento térmico da GDL, visto que os grupos sulfônicos degradam sob ação do calor, este deixa de ter efeito como eletrólito. O uso do eletrólito SPInd na solução de Nafion da preparação da camada catalítica modificou as características do conjunto GDE-membranda-GDE ou MEA, visto que a GDE contendo 15% de SPInd apresentou valor de OCV equivalente ao GDE de referência (924 mV vs 920 mV) e a GDE com 30% de SPInd apresentou maior densidade de potência (313,51 mW/cm2 vs 297,22 mW/cm2). Devido ao efeito positivo do S-StInd e SPInd, na preparação da camada de difusão gasosa e desempenho da camada catalítica, com a otimização da composição destas será possível se obter melhor desempenho do MEA, que seja em célula alimentada por etanol ou para uso em temperaturas intermediárias (130 ºC).