Líquidos iônicos para dispositivos de geração de energia

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Zanchet, Letícia
• Orientador(a): Souza, Michele Oberson de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Líquidos iônicos; Produção de hidrogênio; Membranas poliméricas; Células a combustível
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/242279

Esse trabalho descreve a síntese e a utilização de líquidos iônicos (LIs) próticos visando aumentar a eficiência de processos envolvidos na geração de energia alternativa. Mais especificamente eles foram empregados como eletrólitos para a produção de hidrogênio via eletrólise da água e como aditivos em membranas para uso em células a combustível. O presente documento aborda inicialmente a síntese de três LIs com diferentes cátions próticos combinados com o mesmo ânion HSO4, o hidrogenossulfato de imidazol (ImH.HSO4), hidrogenossulfato de metilimidazol (MImH.HSO4) e hidrogenossulfato de butilimidazol (BImH.HSO4) que foram avaliados como eletrólitos para a produção de hidrogênio via eletrólise ácida da água. Verificou-se que quanto maior a massa molar do cátion, menores são os valores de potencial de circuito aberto, maiores as correntes da eletrólise em um mesmo potencial, e menor a energia de ativação da reação de produção de H2. Em seguida, à membrana comercial Nafion foram adicionados LIs para aumentar a sua eficiência quando usada acima de 80 °C em uma célula a combustível, em condições de parcial desidratação da membrana. Para esta etapa foram sintetizados três LIs constituídos do mesmo cátion prótico TEA-PS+ e de ânions diferentes: o hidrogenossulfato de 3-trietilamônio-propanossultona (TEA-PS.HSO4), o tetrafluoroborato de 3-trietilamônio-propanossultona (TEA-PS.BF4) e o trifluorometanossulfonato de 3-trietilamônio-propanossultona (TEA-PS.CF3SO3). A 100 ºC, a membrana Nafion modificada com 5% em massa do LI TEA-PS.HSO4 preparada pelo método casting apresentou valores de densidade de corrente 295% maior quando comparada ao desempenho da membrana Nafion pura. Finalmente, foram preparadas membranas compósitas SPEEK/PBI como material alternativo de menor custo frente à membrana Nafion. Os resultados mostraram que a membrana que contem 10% em massa de PBI no polímero SPEEK e 5% em massa de TEA-PS.HSO4, obteve o melhor desempenho na descarga da célula a combustível evidenciando esse material compósito como promissor para aplicações em células a combustível de membranas trocadoras de prótons (PEMFC).