No abstract

. Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) requires membrane electrode assemblies (MEA) to generate electrical energy from hydrogen and oxygen. In this study a MEA production process by sieve printing and an ink composition were developed to produce catalyst layers of MEAs. The deposition of the exact catalyst content was possible on cathodes and anodes with only one print step. The optimal ink developed shown viscosity of 2.75 Pa s, density 1.27 g cm -3 , total solid content of 33.76 % and tack of 92 U.T. The electrodes prepared in only one printing step showed higher performance than those prepared in several steps.Keywords: membrane electrode assembly; catalytic layer; ink composition. INTRODUÇÃOA demanda mundial de energia é uma tendência historicamente crescente e irreversível, por diversos fatores, dentre eles pode-se citar o aumento da população, que vem ocorrendo a altas taxas. Segundo projeções, a população mundial deve ultrapassar 9,2 bilhões de pessoas até 2050, o que corresponde a um aumento populacional de 43% em relação a 2007. 1 Também segundo projeções, em 2080 o hidrogênio será a principal fonte de geração de energia do mundo, sendo então responsável por aproximadamente 90% da matriz energética. 2 Diante dessas projeções, o desenvolvimento de sistemas capazes de gerar energia elétrica a partir do hidrogênio passa a ser uma necessidade estratégica para garantir o atendimento às demandas energéticas dos próximos anos. 2,3 Células a combustível são dispositivos capazes de converter energia química em elétrica e térmica de forma direta, gerando corrente contínua por meio do suprimento de combustível e oxidante. 4 Dentre os diversos tipos de células a combustível existentes, as que usam uma membrana polimérica condutora de prótons (PEMFC) como eletrólito têm características que tornam seu uso viável tanto para geração estacionária de energia elétrica, quanto para aplicações portáteis e, até mesmo, automotivas (com uso de um motor elétrico). 2,4,5 Em um sistema de célula a combustível do tipo PEMFC, suprido com hidrogênio e oxigênio são conduzidas duas reações eletroquímicas parciais, em dois eletrodos separados por um eletrólito polimérico, formando água como produto da reação global e gerando energia elétrica e térmica com alta eficiência. As reações parciais e a reação global para hidrogênio e oxigênio são indicadas nas Equações 1, 2 e 3: 3,6 Ânodo: H 2 + 2 H 2 O à 2 H 3 O + + 2 e -(1)Reação global:Nessas reações o hidrogênio é oxidado no ânodo, os elétrons são conduzidos ao cátodo por um circuito externo, gerando corrente elétrica e os prótons são conduzidos ao cátodo através da membrana polimérica hidratada. 5,7,8 No cátodo ocorre a redução do oxidante na presença dos prótons e elétrons provenientes do ânodo, formando moléculas de água e fechando o circuito elétrico. 4,5,9 A estrutura onde as reações de uma PEMFC ocorrem é o conjunto eletrodo-membrana-eletrodo (MEA) -membrane electrode assembly. Esse conjunto é composto por uma membrana polimérica 5,7,8 faceada por dois eletrodos de difusão gas...

No abstract

(GDLs), such as control the water balance in the membrane electrode assembly (MEA), allow suitable gas permeability and porosity, etc. Aware of the GDL importance in the cell performance and its great demand in scale-up projects, the fuel cell research group at Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) has developed a Sieve Printing method (innovative in Brazil) as a strategic solution for producing GDL and electrodes used in high power PEMFC stacks. The method has shown to be adequate to fabricate low cost electrodes, GDLs of different dimensions and to produce any amount of MEAs for power stacks.

No abstract

This study reports a bottom-up approach for the conversion of cyclohexane into graphene nanoflakes, which were then deposited onto fiberglass using a non-thermal generator. The composite was characterized using transmission electron microscopy, which revealed the formation of stacked few-layer graphene with a partially disordered structure and a d-spacing of 0.358 nm between the layers. X-ray diffraction confirmed the observations from the TEM images. SEM images showed the agglomeration of carbonaceous material onto the fiberglass, which experienced some delamination due to the synthesis method. Raman spectroscopy indicated that the obtained graphene exhibited a predominance of defects in its structure. Additionally, atomic force microscopy (AFM) analyses revealed the formation of graphene layers with varying levels of porosity.

PEMFC systems are capable of generating electricity with high efficiency and low or no emissions, but durability and cost issues prevent its large commercialization. In this work MEA with palladium based catalysts were developed, Pd/C, Pt/C and alloys PdPt/C catalysts with different ratios between metals and carbon were synthesized and characterized. A study of the ratio between catalyst and Nafion Ionomer for formation of high performance triple-phase reaction was carried out, a mathematical model to implement this adjustment to catalysts with different relations between metal and support taking into account the volumetric aspects of the catalyst layer was developed and then a study of the catalyst layer thickness was performed. X-ray diffraction, Transmission and Scanning Electron Microscopy, X-ray Energy Dispersive, Gas Pycnometry, Mercury Intrusion Porosimetry, Gas adsorption according to the BET and BJH equations, and Thermo Gravimetric Analysis techniques were used for characterization and particle size, specific surface areas and lattice parameters determinations were also carried out. All catalysts were used on MEAs preparation and evaluated in 5 cm 2 single cell from 25 to 100 °C at 1 atm and the best composition was also evaluated at 3 atm. In the study of metals for reactions, to reduce the platinum applied to the electrodes without performance losses, Pd/C and PdPt/C 1:1 were selected for anodes and cathodes, respectively. The developed MEA structure used 0,25 mgPt.cm-2 , showing power densities up to 550 mW.cm-2 and power of 2.2 kW net per gram of platinum. The estimated costs showed that there was a reduction of up to 64.5 %, compared to the MEA structures previously known. Depending on the temperature and operating pressure, values from US$ 1,475.30 to prepare MEAs for each installed kilowatt were obtained. Taking into account recent studies, it was concluded that the cost of the developed MEA is compatible with PEMFC stationary application. FIGURA 11-Curvas de polarização de um MEA com Pd/C 20 % Mm. Estrutura com Membranas Nafion 115, GDLs MF15, ECs com 20 % Mm , eletrodos de 5 cm 2 com 0,4 mgPd.cm-2 e 35 % NM. Avaliações com variação da temperatura do H 2 entre 25 e 100 ºC e com as temperaturas do O 2 e da célula unitária sendo estudadas entre 5 e 15 °C abaixo dessa, conforme TAB. 8. H 2 com pureza 5.0, suprido com vazão de 160 mL.min-1 a 1 atm e O 2 com pureza 4.0, suprido com vazão de 80 mL.min-1 a 1 atm, ambos saturados com água pura ....... FIGURA 12-Densidades de corrente a 500, 600, 700 e 800 mV de um mesmo MEA com Pd/C 20 % Mm em ambos os eletrodos. Estrutura com Membrana Nafion 115, GDLs MF15, eletrodos de 5 cm 2 com 0,4 mgPd.cm-2 e 35 % NM. Avaliações com variação da temperatura do H 2 entre 25 e 100 ºC e com as temperaturas do O 2 e da célula unitária sendo estudadas entre 5 e 15 °C abaixo dessa, conforme TAB. 8. H 2 com pureza 5.0, suprido com vazão de 160 mL.min-1 a 1 atm e O 2 com pureza 4.0, suprido com vazão de 80 mL.min-1 a 1 atm, ambos saturados com água pura ..

No abstract