Desenvolvimento de processo de produção de conjuntos eletrodo-membrana-eletrodo para células a combustível baseadas no uso de membrana polimérica condutora de prótons (PEMFC) por impressão a tela

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...

Influence of the relative volumes between catalyst and Nafion ionomer in the catalyst layer efficiency

“…The current densities obtained between 25 and 90 C were similar to those obtained with commercial Pt/C with 35% NI w, our usual formulation to this catalyst [43,69,75]. Above 90 C, performance losses occurred due to accumulation of water in the single fuel cell used [43,69,75]. From Fig.…”

“…5 and 6 it was found that, similar to the study with Pd/C in both electrodes [83], MEA with synthesized Pt/C on cathode using values between 55 and 60% NI w resulted in higher performance. The current densities obtained between 25 and 90 C were similar to those obtained with commercial Pt/C with 35% NI w, our usual formulation to this catalyst [43,69,75]. Above 90 C, performance losses occurred due to accumulation of water in the single fuel cell used [43,69,75].…”

“…The anodes used in MEAs were prepared with Pd/C 20% Mw and 59% NI w , which was the best composition observed in a previous study [83]. MEAs with standard anode and cathode using Pt/C 20% Mw commercial catalyst and 35% IN W [43,69,75] were also evaluated for comparison. Table 1 shows the electrode compositions.…”

“…Fig. 8 e Current Densities at 500 mV of MEAs using cathodes with Pt/C (synthesized on Vulcan XC72) and values between 55 and 60% NI W , MEAs using cathode with commercial Pt/C and 35% NI w [43,69,75]. All anodes using Pd/C and 59% NI W [83].…”

Efeito da adição de lantânio em catalisadores de Ni/ZrO2 aplicados na reação de reforma a vapor de etanol

“…1 Tal interesse é justificado pela crescente preocupação com a degradação ambiental e com a necessidade de substituir os combustíveis provenientes de fontes não renováveis. 2 Desta forma, a geração de energia elétrica utilizando células a combustível surge como uma promissora alternativa, tanto para a aplicação como fontes estacionárias (indús-trias, hospitais, residências, etc.) como fontes móveis (veículos).…”