Influência dos contaminadores do hidrogênio produzido pela desidrogenação do etanol no desempenho de células a combustível de membranas protônicas e aniônicas

Autor(es)

Ana Laura Gonçalves Biancolli

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Carlos.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Química de São Carlos (IQSC/BT)
• Data de defesa: 2019-02-15

Membros da banca

Edson Antonio Ticianelli; Elisabete Inácio Santiago

• Orientador: Edson Antonio Ticianelli

Resumo

Maneiras de se produzir hidrogênio limpo e combustíveis alternativos para uso em células a combustível têm sido um dos grandes desafios na busca por fontes de energia limpas e renováveis. Recentemente, foi desenvolvido em nosso laboratório um sistema em que o etanol é desidrogenado em um reator acoplado à uma célula a combustível de troca protônica (PEMFC) e o hidrogênio resultante dessa reação foi utilizado como combustível. No entanto, houve uma perda de densidade de potência da célula que, em 0,7 V, foi de 40% em relação à de uma célula alimentada com hidrogênio puro. O motivo dessa perda de desempenho ainda não foi elucidado, sendo este o foco do estudo realizado neste trabalho. Pesquisas sobre a contaminação de células PEM por várias impurezas, como por exemplo, CO, metanol, ácido fórmico, etc., já têm sido realizadas, mas, até o momento, nenhum estudo foi encontrado sobre a influência dos subprodutos da reação de desidrogenação do etanol (acetato de etila, acetaldeído e etanol não reagido) no desempenho destes sistemas. Além disso, devido à ausência de CO2, o hidrogênio produzido teria grande potencial para ser utilizado em células de membrana de troca aniônica (AEMFC) e, portanto, a realização de estudos sobre a influência desses contaminadores sobre o desempenho desse tipo de célula também é altamente relevante. Diante disso, neste trabalho, desenvolveu-se uma nova vertente de pesquisa, onde o hidrogênio foi contaminado pelos subprodutos em questão e as influências destes contaminadores sobre os desempenhos das PEMFC e AEMFC foram estudadas. No caso da AEMFC, por não haver membranas e, especialmente, ionômeros comerciais que resultem em células com altas densidades de potência, buscou-se sintetizar esses materiais antes dos estudos das contaminações. Através da análise por diferentes técnicas, foi possível esclarecer que o etanol não reagido é o principal veneno no caso das PEMFCs, sendo que o acetaldeído e o acetato de etila têm contribuições menores para o envenenamento. Foram testados diferentes eletrocatalisadores nos eletrodos a fim de se obter melhores desempenhos, sendo que o melhor resultado foi observado quando se utilizou o catalisador de Pt-Co/C no cátodo da célula (e Pt/C no ânodo), sendo que em 0,7 V a perda em densidade de potência foi de apenas 20% em comparação à uma célula alimentada por H2 puro e com Pt/C ambos os eletrodos. No caso da AEMFC, foi possível se obter ionômeros inéditos que combinados com as membranas sintetizadas, resultaram em células com densidade de potência máxima acima de 1 W cm-2. No entanto, devido à instabilidade química, ao serem expostos aos contaminadores, os materiais parecem sofrer degradação, que leva à perda quase total e irreversível do desempenho da célula. (AU)

• Processo FAPESP: 15/09210-3 - Influência dos subprodutos da desidrogenação do etanol na eletrocatálise da reação de oxidação de hidrogênio em eletrólito ácido e alcalino
• Beneficiário: Ana Laura Gonçalves Biancolli
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto