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Desenvolvimento de eletrólitos compósitos contendo partículas inorgânicas de alta condutividade protônica para células a combustível a etanol direto

Processo: 13/50151-5
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de março de 2014
Vigência (Término): 31 de janeiro de 2016
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
Pesquisador responsável:Reginaldo Muccillo
Beneficiário:Bruno Ribeiro de Matos
Instituição-sede: Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN). Secretaria de Desenvolvimento Econômico (São Paulo - Estado). São Paulo , SP, Brasil
Assunto(s):Etanol   Híbridos

Resumo

A proposta deste projeto é a síntese e caracterização de condutores protônicos, tais como hidrogenosulfeto de césio (CsHSO4) e titanato de hidrogênio (H2Ti3O7.nH2O), para a fabricação de etetrólitos compósitos utilizando matriz Nafion para aplicação em células a combustível de etanol direto (DEFC) em temperaturas intermediárias (T > 130 ºC). O desenvolvimento de novos condutores protônicos é considerado uma etapa crucial para o aumento do desempenho de células a combustível e para o avanço desta tecnologia visandoà comercialização. O polímero Nafion, eíetrólito padrão das DEFCs possui baixa estabilidade mecânica e baixa condutividade em T > 100ºC e alta permeabilidade ao etanol limitando o aumento da temperatura de operação da DEFC. O aumento da temperatura da célula é apontado como uma estratégia promissora para aumentar o desempenho das DEFCs. Tais deficiências podem ser superadas com o uso de eletrólitos compósitos contendo partículas inorgânicas de afta condutividade protònica. Neste contexto, as partículas de CsHS04 e H2Ti3O7 serão fabricadas, respectivamente por meio de rotas inovadoras, como precipitação e por rota hidrotérmica. Nos titanatos será realizada a substituição parcial dos íons hidrogênio por íons césio para aumentar o distanciamento lamelar e promover o aumento da condutividade protônica. O CsHSO4 será precipitado e posteriormente adicionado em matriz hidrofóbica reticulada (Nafion modificado) com grupos funcionais capazes de formar ligações de hidrogênio com a fase inorgânica. Os filmes compósitos serão aplicados como eletrólitos em Células a combustível de etanol direto em T > 130 ºC. (AU)

Publicações científicas (5)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
MATOS, BRUNO R.; POLITANO, RODOLFO; REY, JOSE FERNANDO Q.; HERMIDA-MERINO, DANIEL; SCHADE, ULRICH; PUSKAR, LJILJANA; FONSECA, FABIO C. Interplay of alpha/beta-Relaxation Dynamics and the Shape of Ionomer Building Blocks. SCIENTIFIC REPORTS, v. 8, SEP 7 2018. Citações Web of Science: 0.
MATOS, BRUNO R.; DA SILVA, JAQUELINE S.; SANTIAGO, ELISABETE I.; PARRA, DUCLERC F.; CARASTAN, DANILO J.; DE FLORIO, DANIEL Z.; ANDRADA, HEBER E.; CARRERAS, ALEJO C.; FONSECA, FABIO C. Proton and cesium conductivity in perfluorosulfonate ionomers at low and high relative humidity. Solid State Ionics, v. 301, p. 86-94, MAR 2017. Citações Web of Science: 1.
AHMED, Z.; MATOS, B. R.; DE FLORIO, D. Z.; REY, J. F. Q.; SANTIAGO, E. I.; FONSECA, F. C. Nafion-mesoporous silica composite electrolyte: properties and direct ethanol fuel cells performance. MATERIALS FOR RENEWABLE AND SUSTAINABLE ENERGY, v. 5, n. 2 MAY 2016. Citações Web of Science: 2.
MORAES, L. P. R.; MATOS, B. R.; RADTKE, C.; SANTIAGO, E. I.; FONSECA, F. C.; AMICO, S. C.; MALFATTI, C. F. Synthesis and performance of palladium-based electrocatalysts in alkaline direct ethanol fuel cell. INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, v. 41, n. 15, p. 6457-6468, APR 27 2016. Citações Web of Science: 25.
MATOS, BRUNO R.; DRESCH, MAURO A.; SANTIAGO, ELISABETE I.; MORAES, LETICIA P. R.; CARASTAN, DANILO J.; SCHOENMAKER, JEROEN; VELASCO-DAVALOS, IVAN A.; RUEDIGER, ANDREAS; TAVARES, ANA C.; FONSECA, FABIO C. Nafion membranes annealed at high temperature and controlled humidity: structure, conductivity, and fuel cell performance. Electrochimica Acta, v. 196, p. 110-117, APR 1 2016. Citações Web of Science: 6.

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