Membranas poliméricas multicomponentes à base de compostos não fluorados para células a combustível - Moura, João Henrique Lingner (2023)
Esse trabalho descreve a preparação, caracterização e avaliação de propriedades de membranas trocadoras de prótons (PEMs) para aplicação em células a combustível (CaCs) à base de hidrocarbonetos não fluorados. Para isso é explorada uma nova classe de membranas sintetizadas pela copolimerização radicalar em meio aquoso de monômeros contendo grupos condutores de prótons como o ácido 2-acrilamido-2-metil-1-propanosulfônico (AMPS); sítios de reticulação – 2-hidroxietilacrilamida (HEA) e domínios hidrofóbicos – estireno ou N-isopropil-acrilamida (NIPAM) – ligados covalentemente entre si. As membranas foram obtidas pela reticulação dos copolímeros com glutaraldeído em meio ácido sob diferentes condições. Os copolímeros foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho (IV), Ressonância Magnética Nuclear (1H-RMN), Cromatografia de Exclusão de Tamanho (SEC) e Análise Termogravimétrica (TGA). As membranas foram caracterizadas por IV, que apontou as modificações decorrentes da reação com glutaraldeído. Análises de TGA permitiram avaliar a estabilidade térmica das membranas em faixas de temperatura condizente com a utilização em CaCs. Para as medidas de condutividade, somente as amostras com maior teor do componente hidrofóbico (entre 27 e 53% em mol de NIPAM) tiveram estabilidade adequada para serem submetidas ao tratamento de hidratação prévia. Em função disso, essas membranas apresentaram maiores condutividades com valores próximos aos de membranas comerciais, do tipo Nafion®. No geral, as membranas com mais grupos condutores na composição, maior grau de inchamento e menos reticuladas apresentaram maior condutividade. Por fim, amostras entre as de melhores resultados de condutividade tiveram avaliadas sua estabilidade oxidativa, propriedades dinâmico-mecânicas (DMA) e desempenho em células a combustível. A membrana MHAN-2/1.6G-60 contendo 48,8% de HEA, 5% de AMPS e 46,2% de NIPAM apresentou o melhor desempenho nos testes com a CaC, com densidade de potência máxima igual a 9,42 mW.cm-2 e densidade de corrente no final do teste de 61,8 mA.cm-2.