Caracterização de eletrodos de difusão de gás de células a combustível do tipo membrana trocadora de prótons

Abstract

RESUMOEm células a combustível¹ de eletrólito polimérico sólido o principal componente é o conjunto membrana/eletrodos -MEA (membrane-eletrocde assembly). Os eletrodos de difusão de gás -GDL (gas diffusion layer) são um dos principais constituintes do MEA, sendo um material compósito constituído de camadas difusora e catalítica, formadas por pó de carbono, platina e polímeros -PTFE (politetrafluoretileno) e Nafion -depositados sobre um substrato (papel ou tecido de carbono). Essas camadas apresentam superfícies rugosas e porosas, de caracterização complexa. O objetivo deste trabalho é caracterizar a GDL. A molhabilidade da superfície foi determinada por medidas de ângulo de contato externo pelo método da gota de água. Os ângulos de avanço e recuo foram medidos e usados para estimar a histerese e o ângulo de equilíbrio. A morfologia e a composição foram estudadas usando Microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de energia dispersiva, enquanto que a porosidade foi medida embebendo os substratos com n-heptano e água para quantificar os poros hidrofílicos/hidrofóbicos. O estudo morfológico indicou que a incorporação do PTFE no pó de carbono é uma etapa crítica na fabricação das camadas difusoras. Uma maior quantidade de PTFE resulta no decréscimo da porosidade total e um aumento do percentual de poros hidrofóbicos para ambos os substratos. Os resultados obtidos na determinação dos ângulos de contato apresentaram boa precisão, em especial para os compósitos depositados sobre o tecido de carbono. Os ângulos de contato obtidos para as camadas catalíticas foram inferiores aos das camadas difusoras, provavelmente devido à presença do Nafion, que apresenta caráter hidrofílico minimizado a hidrofobicidade do compósito. Esses resultados confirmaram a complexidade do GDL e a importância de sua caracterização detalhada para a otimização da fabricação do MEA.¹ células a combustível: também denominadas pilhas a combustível. Palavras-chaves:conjunto membrana/eletrodos, hidrofobicidade, ângulo de contato, histerese, porosidade. Characterization of the gas diffusion electrodes of proton exchange membrane fuel cells ABSTRACTIn polymer electrode fuel cells the main component is the membrane/electrodes assembly (MEA). Gas diffusion electrodes (GDL) are the principal components of the MEA, being a composite material constituted of diffusion and catalyst layers, formed by carbon powder, platinum, PTFE and Nafion polymers deposed over a subtract (carbon paper or cloth). These layers present roughness and porous surfaces of complex characterization. The aim of this work is to characterize GDL. The surface wettability was assessed by drop water external contact angle measurements. The advancing and receding angles were measured and used to estimate the hysteresis and the equilibrium angle. Morphology and composition were studied using scanning electronic microscopy and energy dispersive spectroscopy while porosity was measured by imbibing n-heptane and water into substrates to quantify hydrophilic/hydrofobic pores. Morphologic ...

Produção de filmes compósitos a partir de tetraetilortossilicato para aplicação em estruturas miniaturizadas e em detecção de VOCs/umidade.

“…Apesar da similaridade das técnicas de ângulo de contato, os equipamentos utilizados podem variar enormemente entre si, principalmente de acordo com a amostra sob análise. Assim, é comum o desenvolvimento de equipamentos específicos, como por exemplo, para análise do ângulo que bolhas de ar formam com o material sólido que está sofrendo flotação dentro de um líquido , ou a medida de molhabilidade de elastômeros sobre gesso, para uso odontológico (PLESE, 2003) ou de eletrodos de células a combustível (PIRES, 2009), e, para cada caso, o tamanho da gota também pode variar. Assim, no primeiro caso a bolha é formada pelo processo de agitação, no segundo depende de destreza manual enquanto no terceiro há a preocupação de mantêla entre 2 µL e 4 µL e precisão e exatidão melhor que 1%, para medida de ângulo de recuo e avanço, respectivamente.…”