Síntese e caracterização de membranas catiônicas base PVA para aplicação em célula a combustível

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Cadinelli, Bárbara Luiza Silva
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: PVA; Membrana; Célula a combustível; Elipsometria; Membrana catiônica; Eletrólito; Célula combustível; Engenharia Metalúrgica; Produção intelectual; Membrane; Fuel cell; Ellipsometry
• Link de acesso: http://app.uff.br/riuff/handle/1/27013

O trabalho teve por objetivo preparar membranas hidrocarbônicas catiônicas a base de poli(álcool vinílico) (PVA), utilizando ácido cítrico e ácido 4­sulfo­ftálico, como agentes de reticulação, a fim de serem caracterizadas e modeladas para uso em célula a combustível como eletrólito polimérico (PEMFC). Nesse estudo, as reticulações foram realizadas em diferentes temperaturas e porcentagens dos agentes reticulantes. Os filmes foram caracterizados por análise termogravimétrica (TGA), elipsometria, FTIR­ATR, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e topografia via microscopia confocal. Eles também foram avaliados quanto à absorção de água por grau de inchamento, capacidade de troca iônica, concentração iônica, número de moléculas de água por grupo iônico e condutividade, a qual seus dados foram modelados por impedância eletroquímica. Entre os dados gerados pela análise termogravimétrica TGA, destaca­se a presença de um resíduo maior que o esperado para as membranas reticuladas com o ácido 4­ sulfo­ftálico (superior a 20%) em relação ao ácido cítrico (inferior a 1%), que pode advir de reações de ciclização com o enxofre presente no ácido 4­sulfo­ftálico, evidenciando a maior estabilidade térmica das membranas com grupo sulfônico na cadeia. Resultados de elipsometria apontaram que em relação às constantes dielétricas, os filmes com 50% do agente reticulante apresentaram uma tendência atípica comparada aos valores crescentes das menores concentrações. Os valores foram inferiores, ou similares, (Ɛ1 = 0,83 para ACIT e Ɛ1 = 2,81 para SULFO) aos obtidos pelas reticuladas com 30% (Ɛ1 = 2,08 para ACIT e Ɛ1 = 2,90 para SULFO), mas ainda superiores ao PVA puro (Ɛ1 = 0,6), fato que pode estar relacionado com o aumento do grau de reticulação, que pode reduzir a polarização. Em relação à condutividade, algumas membranas apresentaram valores na mesma ordem de grandeza da Nafion® (8,63 mS.cm­1 ), destacando­se os eletrólitos poliméricos com 50% de SULFO reticulada a 120˚C (0,827 mS.cm­1 ) e com mistura dos dois agentes reticulantes com concentração 10% em ambas as temperaturas (1,10 mS.cm­1 a 120˚C e 1,86 mS.cm­1 a 140˚C). As membranas foram sintetizadas pelo método adotado e apresentaram filmes homogêneos, boa estabilidade térmica, baixo grau de inchamento e o FTIR­ATR confirmou a reação de esterificação, ou seja, a inserção dos grupos hidrofílicos. Tais qualidades corroboram para o fato de que as membranas catiônicas sintetizadas tem potencial para serem utilizadas como membranas eletrolíticas em células a combustível, destacando os filmes reticulados com ácido 4­sulfo­ftálico por apresentar o melhor comportamento.