Investigação da atividade e estabilidade de eletrocatalisadores formados por elementos abundantes para a reação de redução de oxigênio

• Processo: 18/10514-5
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2018
• Data de Término da vigência: 30 de setembro de 2020
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Fabio Henrique Barros de Lima
• Beneficiário: Ricardo Boer Aggio
• Instituição Sede: Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 13/16930-7 - Eletrocatálise V: processos eletrocatalíticos de interconversão entre as energias química e elétrica, AP.TEM
• Assunto(s): Eletroquímica Eletrocatalisadores Células de combustível Consumo de oxigênio Estabilidade Análise morfológica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: células a combustível | Eletrocatalisadores | Reação de Redução de Oxigênio | Eletroquímica

Resumo

O desenvolvimento de células a combustíveis está atrelado à superação de alguns obstáculos para a viabilização da aplicação em larga escala destes dispositivos. Dentre eles, destacam-se altos sobrepotenciais e a cinética lenta da redução do oxigênio (RRO) no eletrodo catódico, além da atual dependência na utilização de metais nobres como Pt e Pd, os quais não apresentam estabilidade prática e encarecem o custo do dispositivo. Nesse sentido, a investigação de eletrocatalisadores para a RRO, baseados em nanocompósitos formados por matrizes de carbono dopado com nitrogênio e metais de transição como ferro e cobalto (M-N-C) tem tomando grande destaque, na comunidade científica, alcançando atividades eletrocatalíticas próximas à de eletrodos de platina. Assim, neste projeto, serão sintetizados e investigados materiais do tipo M-N-C a partir de técnicas de caracterização morfológica (DRX, TEM e BET) e técnicas eletroquímicas como voltametrias cíclicas, curvas de polarização e métodos potenciostáticos e galvanostáticos. Sendo que o objetivo será compreender a relação entre a atividade eletrocatalítica e a estabilidade eletroquímica para a RRO com a estrutura formada nestes materiais. Mais especificamente, fatores que influenciam a estrutura resultante destes materiais serão investigados, como a fonte precursora de carbono (tipos de carbono com diferentes áreas superficiais) e o grau de dopagem e fonte precursora de nitrogênio (1,10-fenantrolina ou outras moléculas ligantes com nitrogênio). Adicionalmente, serão realizados testes de estabilidade eletroquímica em células a combustível unitárias e serão determinadas as durabilidades dos eletrocatalisadores sintetizados visando uma aplicação real em células de hidrogênio com membranas trocadoras de prótons (PEMFC). Desta forma, o projeto possui relevância científica para o desenvolvimento tecnológico do País.