Membranas de troca aniônica altamente estáveis: síntese e aplicações eletroquímicas

• Processo: 21/14786-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 03 de junho de 2022
• Data de Término da vigência: 02 de junho de 2023
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Pesquisador responsável: Fabio Coral Fonseca
• Beneficiário: Ana Laura Gonçalves Biancolli
• Supervisor: Steven Holdcroft
• Instituição Sede: Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN). Secretaria de Desenvolvimento Econômico (São Paulo - Estado). São Paulo , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Simon Fraser University, Burnaby, Canadá
• Vinculado à bolsa: 19/26955-3 - Síntese de membranas e ionômeros de troca aniônica para aplicação em dispositivos de conversão eletroquímica, BP.PD
• Assunto(s): Dispositivos eletroquímicos Membranas poliméricas Energia renovável Emissão de gases Gases do efeito estufa Armazenamento de energia
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Anion-exchange ionomer | Anion-exchange membrane | Anion-exchange membrane water electrolyzer | Ionene | Membranas poliméricas condutoras de ânions

Resumo

Membranas de troca aniônica (AEMs) podem ser usadas em vários dispositivos eletroquímicos para a produção de energia limpa e moléculas de alto valor agregado. A sociedade está progredindo para uma economia baseada em energias renováveis e há um sério compromisso global em reduzir a emissão dos gases do efeito estufa. Nesse contexto, a necessidade de armazenamento de energia em escala multi-GW torna-se iminente. Uma resposta para esse problema é a utilização de um sistema de armazenamento de energia à base de hidrogênio gerado pela eletrólise da água a partir de elétrons produzidos sem emissão de carbono. Nesse cenário, as AEMs são promissores eletrólitos sólidos para eletrolisadores de água (AEMWE) compactos e baratos. O uso de AEMs neste tipo de dispositivo reduz os problemas de corrosão dos componentes e permite a substituição de materiais caros por outros baratos e abundantes. No entanto, as AEMs tradicionais contem, frequentemente, grupos funcionais do tipo amônio quaternário, os quais geralmente oferecem pobre estabilidade química devido à suscetibilidade ao ataque pelo íon hidróxido (OH-). A necessidade de AEMs mais química e mecanicamente estáveis é o gargalo das tecnologias que usam este material como o componente principal. Nesse contexto, uma classe emergente de novo eletrólito de polímero sólido alcalino vem ganhando mais atenção: os ionenos. Ionenos são polímeros que incorporam cátions diretamente na estrutura base do polímero. Nesse tipo de polímero, o número de rotas de degradação é reduzido, tornando mais simples encontrar possíveis melhorias. Polímeros à base de poli (benz)imidazol, um tipo de ioneno, têm mostrado estabilidade química melhorada em ambientes de alto pH, proporcionando alta condutividade de hidróxido, e têm sido explorados com sucesso em vários dispositivos eletroquímicos. Diante desse cenário, esta proposta compreende a síntese de novas AEMs modificadas e quimicamente estáveis à base de poli(benz)imidazol para aplicações em reatores de conversão de metano e AEMWE, bem como o teste de AEMs e ionômeros produzidos no Brasil via enxertia induzida por radiação em AEMWEs. Este desenvolvimento de novas AEMs e testes em AEMWE serão realizados durante o estágio de 12 meses na Simon Fraser University, no Canadá, sob a supervisão do Professor Dr. Steven Holdcroft, que é um cientista líder neste tópico. (AU)

Publicações científicas

(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)

BIANCOLLI, ANA LAURA G.; KONOVALOVA, ANASTASIIA; SANTIAGO, ELISABETE I.; HOLDCROFT, STEVEN. Measuring the ionic conductivity of solid polymer electrolyte powders. International Journal of Electrochemical Science, v. 18, n. 10, p. 10-pg., 2023-10-01. (21/14786-2, 17/11937-4, 19/26955-3)

CHEN, BINYU; BIANCOLLI, ANA LAURA G.; RADFORD, CHASE L.; HOLDCROFT, STEVEN. Stainless Steel Felt as a Combined OER Electrocatalyst/Porous Transport Layer for Investigating Anion-Exchange Membranes in Water Electrolysis. ACS ENERGY LETTERS, v. 8, n. 6, p. 7-pg., 2023-05-22. (21/14786-2, 19/26955-3)