Development of an efficient coating for corrosion protection of metallic bipolar plates in PEM water electrolyzers

• Grant number: 25/21066-7
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Technical Training Program - Technical Training
• Start date: November 01, 2025
• End date: October 31, 2027
• Field of knowledge: Physical Sciences and Mathematics - Chemistry - Inorganic Chemistry
• Principal Investigator: Silas Derenzo
• Grantee: Genilson Reinaldo da Silva
• Host Institution: Instituto de Pesquisas Tecnológicas S/A (IPT). São Paulo , SP, Brazil
• Associated research grant: 24/01059-3 - Center of Sciences for Development in Energies of the Future - CENF, AP.CCD

Abstract

A eletrólise acoplada a fontes de energia renovável é o método mais promissor para a produção de hidrogênio verde. As células eletrolisadoras do tipo PEMWE (Proton Exchange Membrane Water Electrolyzer) vêm ganhando destaque como uma tecnologia promissora para a produção de hidrogênio verde, devido à sua capacidade de produzir hidrogênio comprimido e de alta pureza em temperaturas operacionais relativamente brandas e também à sua alta densidade de corrente, resposta dinâmica rápida e operação em condições mais compactas e seguras quando comparadas a outras tecnologias de eletrólise. Os principais componentes de célula a combustível PEM são as placas bipolares, as quais contém os canais de fluxo de reagentes (BPP - Bipolar Plate), que representa cerca de 80% do peso total e cerca de 30% do custo total da célula, e o conjunto de eletrodos de membrana (MEA - Membrane Electrode Assembly). os componentes internos da célula, como as placas bipolares metálicas, estão sujeitos a condições severas de operação, como ambiente ácido, alta umidade, corrente elétrica elevada e íons flúor proveniente da degradação da membrana, o que pode comprometer a durabilidade e a eficiência do sistema. Nesse contexto, o desenvolvimento de materiais e revestimentos que aumentem a estabilidade e o desempenho dos componentes é essencial para a viabilização comercial e o uso em larga escala da tecnologia PEMWE. Um dos principais obstáculos é a durabilidade dos componentes internos, especialmente das placas bipolares metálicas, que estão expostas a um ambiente altamente ácido, úmido e oxidante, favorecendo processos de corrosão e perda de condutividade. Além disso, a membrana polimérica condutora de prótons e os catalisadores utilizados (frequentemente compostos por metais nobres como platina e irídio) também sofrem degradação ao longo do tempo, o que impacta diretamente na eficiência e na vida útil do sistema.Superar esses desafios é essencial para ampliar a viabilidade comercial da tecnologia PEMWE e impulsionar a economia do hidrogênio verde. Diante da crescente demanda por soluções sustentáveis para a transição energética, o hidrogênio verde surge como vetor estratégico, especialmente quando associado a fontes renováveis intermitentes como solar e eólica. Neste contexto, os eletrolisadores de membrana de troca protônica (PEMWE) têm se destacado por sua capacidade de operar de forma dinâmica, com alta densidade de corrente e resposta rápida a variações de carga. A eficiência e durabilidade desses sistemas dependem diretamente da performance de seus componentes-chaves - membrana, eletrodos, placas bipolares e seus revestimentos - que devem resistir às condições eletroquímicas severas do ambiente ácido e oxidante. Assim, este trabalho se dedica à investigação e desenvolvimento de estratégias de proteção de placas bipolares metálicas por meio de revestimentos funcionais, visando contribuir para o aumento da vida útil e a redução de custos operacionais dos eletrolisadores PEMWE.