Otimização do desempenho de células a combustível de membranas de troca protônica baseadas em Aquivion® e supridas com hidrogênio na presença e ausência de CO

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Santos, Rapher Donizete Moreira
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Aquivion; célula a combustível; CO; fuel cell; PEMFC
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-25012022-172845/

Este trabalho envolveu a investigação de células a combustível de membrana de troca de prótons(PEMFC) montadas com empacotamentos membrana&eletrodos (MEA) formados por membranas Aquivion® (Solvey - E87, E98) e eletrodos suportados em tecido de carbono e papel de carbono contendo Pt/C e PtMo/C (0,4 mg metal cm-2), com diferentes teores de ionômero de Aquivion® a camada de catalisador. As investigações foram realizadas em células unitárias operando a 85o, 105o e 125oC com MEAs (área geométrica de 5 cm2) preparados sob diferentes condições de prensagem a quente (na faixa de 160 a 220oC). As medidas de polarização em estado estacionário e usando H2,H2/CO 100 ppm no ânodo e O2 no cátodo, com estes gases pré-saturados por borbulhamento em água quente, mantida 5oC para oxigênio e 10oC para hidrogênio acima da temperatura da célula. Em todas as experiências, os gases reagentes foram mantidos sob pressão parcial de 1 bar. Medidas de voltametria cíclica foram realizadas a temperatura ambiente para todos os eletrodos. Esses experimentos foram conduzidos diretamente no hardware da célula a combustível, com o eletrodo de trabalho alimentado com argônio e o contra eletrodo alimentado com hidrogênio, que também foi utilizado como eletrodo de referência reversível ao hidrogênio (RHE). As observações mais relevantes do trabalho podem ser resumidas da seguinte forma: (1) melhor condição de prensagem a quente do MEA de Aquivion® em relação à sua integridade e desempenho na PEMFC foi alcançada a 200oC; (2) há um aumento significativo do desempenho com o aumento da temperatura de trabalho da célula, tanto na ausência quanto na presença de CO; (3) desempenhos mais elevados das PEMFCs foram alcançados para os MEAs contendo cargas de ionômero na faixa de 28 a 35% em peso, considerando a massa total da camada de catalisador; (4) desempenhos semelhantes foram observados para MEAs com ionômeros de diferentes pesos moleculares nos eletrodos (720, 790, 820 e 980 g mol-1), exceto para os sistemas na maior temperatura de operação, em que o ionômero de menor peso molecular levou a uma redução na atividade; (5) devido à menor resistência eletrolítica geral, o desempenho da célula unitária resultou superior no caso do MEA com a membrana mais fina, tanto na ausência quanto na presença de CO; (6) nas diversas condições de trabalho, a tolerância do ânodo com PtMo/C à presença de CO foi superior à do Pt/C, porém inferior à do PtRu/C.