Membranas de PVA e sílica para aplicação em célula a combustível de alimentação direta de álcool

Abstract

Resumo: Membranas de PVA/sílica foram sintetizadas através do processo sol-gel em condições ácidas. Tetraetilortossilicato (TEOS) foi utilizado como precursor em concentrações de 5 a 30% em dois grupos distintos. Um grupo foi utilizado como controle contendo apenas PVA/TEOS. A inserção dos grupamentos necessários para a condutividade ocorreu através da introdução de 12% em massa de heteropoliácido fosfotúngstico hidratado (HPW) em relação à massa de TEOS, formando o segundo grupo. As avaliações quanto ao grau de inchamento, permeabilidade ao etanol e condutividade protônica demonstraram que a membrana contendo 30% em massa de TEOS apresenta os melhores resultados entre as membranas produzidas. Os melhores resultados foram 0,28 mS/cm de condutividade protônica e fluxo de 1,5 kg/m².h de solução de etanol. Nessas condições, considera-se a reticulação das membranas de PVA/SiO 2 com o precursor TEOS uma boa alternativa para a reticulação de membranas de PVA visto que as membranas mostraram-se mais seletivas ao fluxo de solução de etanol. Entretanto, para aplicação como eletrólito de célula a combustível, ainda é necessário investigar outras formas de aumentar a condutividade sem prejudicar a estabilidade dimensional. Palavras-chave: PVA, célula a combustível, HPW, sílica, membranas condutoras de prótons. Membranes of PVA and Silica for Application in Direct Alcohol Fuel CellAbstract: PVA/silica membranes were synthesized by the sol-gel process under acidic conditions. Tetraethoxysilane (TEOS) was used as precursor with concentration between 5 and 30% in two distinct systems. One system was used as control, which contained only PVA / TEOS. In the second system, groups necessary for conductivity were introduced with 12% by weight of hydrated phosphotungstic heteropolyacid (HPW) in relation to the mass of TEOS. The evaluations of the degree of swelling, permeability for ethanol and proton conductivity have shown that the membrane containing 30 wt% TEOS gives the best results among the membranes produced. The best results achieved in this study were 0.28 mS / cm of proton conductivity and 1.5 kg/m².h flux of ethanol solution. Thus, under these conditions, crosslinked membranes with PVA/SiO2 and TEOS precursor are good alternative for crosslinking PVA membranes since they were more selective to the flow of ethanol solution. However, for applications such as in electrolyte fuel cells, it is still necessary to investigate other ways to increase conductivity without affecting the dimensional stability. Keywords IntroduçãoCélula a combustível (FC) que utiliza membrana polimérica condutora de prótons tem despertado bastante interesse ao longo dos anos devido ao seu baixo potencial poluidor e à larga gama de aplicação como em veículos e dispositivos portáteis [1][2][3] .Tradicionalmente o Nafion, copolímero sulfonado perfluorado, é o mais utilizado em FC, entretanto apresenta o inconveniente do fenômeno de metanol crossover. Além desse problema técnico, o fato de ser um polímero caro motiva a busca por membranas alternativas [...