Orientador: Jose Antonio Perrella Balestieri / Banca: Rubens Alves Dias / Banca: Jose Alexandre Matelli / Banca: Ricardo Dias Martins de Carvalho / Banca: Jose Rui Camargo / Resumo: A descentralização na geração de energia tem sido proposta em nível mundial para diferentes situações como forma de se alcançar maior confiabilidade de geração elétrica e melhores condições ambientais. Nesse sentido, em diversos países (o Brasil inclusive) tem sido proposta a utilização de sistemas de geração distribuída, com incentivo ao emprego de fontes renováveis de energia, sendo a microcogeração e a minigeração algumas das possibilidades tecnológicas disponíveis. Comprovar a elegibilidade econômica de uma alternativa de minigeração, utilizando métodos que permitam avaliar o custo exergoeconômico em busca de substituir tecnologias consagradas pela instalação de novas tecnologias, é objeto principal perseguido neste trabalho. A superestrutura de minicogeração analisada é composta de células-combustível e motores de combustão interna com fins de geração de energia para um condomínio multirresidencial. A Teoria do Custo Exergético (TCE) foi utilizada e avalia com precisão os custos exergoeconômicos que, aliados aos métodos financeiros orçamentários (taxa interna de retorno, valor presente líquido, tempo de retorno), permitem a demonstração da viabilidade econômica. Aliado a estes métodos, como complemento na tomada de decisão, há o estudo de otimização multitemporal, que permite a seleção de apenas um dos doze equipamentos propostos, além de indicar qual o melhor combustível a ser utilizado como fonte primária de energia. A modelagem da superestrutura demonstra também a possibilidade de comercialização dos produtos com a concessionária, permitindo tanto vender o excedente de produção quanto comprar energia elétrica em alguns momentos, respeitando as flutuações de consumo ao longo do dia e em sazonalidades distintas. É possível constatar que as células-combustível entregam... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Decentralization in power generation has been proposed worldwide for different situations as a way to achieve greater reliability of electricity generation and improved environmental conditions. Thus, in many countries (including Brazil) the use of distributed generation systems has been proposed, encouraging the use of renewable energy sources, the micro and mini-generation being some of the technological available possibilities. The main object pursued in this work is to check the eligibility of an economic mini-generation alternative based on methods to evaluate the exergoeconomic cost of replacing consecrated technologies by new technologies. The superstructure is comprised of fuel cells and internal combustion engines for the purpose of generating energy to a residential condominium. The Exergetic Cost Theory was used and accurately assess the exergoeconomic costs that, coupled with financial budgeting methods (internal rate of return, net present value and payback time), allow demonstrating the economic viability. In addition to these methods, a multi-temporal optimization method, which allows the selection of only one of the twelve proposed equipment, besides indicating the best fuel to be used as a primary energy source, was also modeled. The modeling of the superstructure also demonstrates the possibility of commercializing products with the concessionaire, allowing both sell excess production as buying electricity at times, respecting the fluctuations of consumption throughout the day and in different seasons. It can be seen that the fuel cells deliver more expensive electricity when compared with combustion engines, but these costs are equated with the delivery volume of hot water at more affordable costs. The data show that it is more advantageous to use the hydrogen-powered fuel cell to compose the... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Resumo: O aquecimento global e o agravamento da qualidade de vida da população causado principalmente pela queima de combustíveis fósseis (petróleo, diesel, gasolina), que emite milhões de toneladas de poluentes ao meio ambiente, é um dos focos principais da atualidade. Além disso, a certeza de que os combustíveis fósseis são bens esgotáveis abre margem para mais pesquisas em energias limpas, particularmente para os veículos automotores. Neste sentido tem recebido particular atenção a tecnologia de célula a combustível, que pode ser aplicada para o transporte urbano e corrobora para a melhoria da atual situação ambiental do planeta. As células a combustível surgem como tecnologias realmente promissoras para a geração de energia e embora já existam diversos protótipos e estudos no mundo, ainda são inviáveis comercialmente, fator este que pode ser contornado, com a evolução tecnológica e a possibilidade de produção em série, num futuro próximo. Dentre as diversas tecnologias hoje existentes, as células PEM (membrana de troca protônica) são as mais indicadas e fazem parte dos protótipos de veículos automotores em desenvolvimento, pois combina durabilidade, alta eficiência, tem rápido acionamento e opera em temperaturas relativamente baixas. Essa dissertação tem como objetivo a análise econômica comparando um ônibus movido com célula a combustível com um ônibus movido com motor de combustão interna. Além disso, foi calculada a eficiência ecológica para a produção do hidrogênio a partir de processos de reforma a vapor de gás natural, reforma a vapor de etanol, eletrólise por turbina eólica e eletrólise com energia de água vertida em hidroelétrica. / Abstract: The global warming is decreasing the life quality of population caused mainly by burning of fossil fuels (oil, diesel, gasoline) that emit millions of tons of pollutants to the environment. Besides, the certainty that those fossil fuels are non-renewable resources allows more researches in cleaner energy, and particularly in vehicles. This way, fuel cell has received particular attention because it can be applied in urban transport and improves the actual environmental situation of the world. The fuel cells appear like a promising technology for energy generation. Although there are a lot of prototypes and researches in the world, its commercialization is impracticable, although it can be changed over the technological evolution and an additional production, in a near future. Among several technologies in the present, the PEMFC (proton exchange membrane fuel cell) is the most appropriated and take part of prototypes of vehicles in progress, because it combines durability, high efficiency, good response at room temperatures and it works at relatively low temperatures. The purpose of this dissertation was performes an economic analysis, comparing buses moved by fuel cells and buses moved by internal combustion engine. Furthermore was developed an ecological efficiency of hydrogen produced by natural gas, ethanol, electrolyse by wind turbine and hydrogen by hydroelectric power plant. / Orientador: Júlio Santana Antunes / Coorientador: José Luz Silveira / Banca: Pedro Magalhães Sobrinho / Banca: José Rui Camargo / Mestre

Devido ao efeito estufa, a produção de hidrogênio a partir da reação de reforma do bioetanol tem se tornado um assunto de grande interesse em catálise heterogênea. Os catalisadores à base de Pt são empregados nos processos de purificação de H2 e também em eletrocatalisadores das células a combustível do tipo membrana polimérica (PEMFC). O hidrogênio obtido a partir da reforma do etanol contém como contaminante o acetaldeído e pequenas quantidades de CO. Assim, pode-se prever que muitas reações podem ocorrer na presença de catalisadores de Pt durante o processo de purificação do H2 e mesmo no próprio eletrocatalisador. Desta forma, este trabalho tem como objetivo descrever o comportamento do acetaldeído na presença de catalisadores de Pt. Para tanto foram preparados dois catalisadores, Pt/SiO2 e Pt/USY, contendo 1,5% de metal em ambos. Também foi estudado um eletrocatalisador (comercial) de Pt suportado em carvão (Pt/C). Os catalisadores foram caracterizados através das técnicas de análise textural, difração de raios X (DRX), quimissorção de H2, reação de desidrogenação do ciclohexano, espectroscopia no infravermelho de piridina adsorvida, dessorção a temperatura programada de n-butilamina (TPD de n-butilamina), dessorção a temperatura programada de CO2 (TPD-CO2), análise termogravimétrica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de dispersão de energia (EDS). Os testes catalíticos foram realizados entre as temperaturas de 50 e 350 C em corrente contendo acetaldeído, H2 e N2. Foi observado que as propriedades ácido-básicas dos suportes promovem as reações de condensação com formação de éter etílico e acetato de etila. O acetaldeído em catalisadores de Pt sofre quebra das ligações C-C e C=O. A primeira ocorre em uma ampla faixa de temperaturas, enquanto a segunda apenas em temperaturas abaixo de 200 C. A quebra da ligação C-C produz metano e CO. Já a quebra da ligação C=O gera carbono residual nos catalisadores, assim como espécies oxigênio, que por sua vez são capazes de eliminar o CO da superfície dos catalisadores. Nota-se que o tipo de suporte utilizado influencia na distribuição de produtos, principalmente a baixas temperaturas. Além disso, constatou-se que a descarbonilação não é uma reação sensível à estrutura do catalisador. Verificou-se também a presença de resíduos sobre os catalisadores, possivelmente oriundos não somente da quebra da ligação C=O, mas também de reações de polimerização / Due to the greenhouse effect, hydrogen production from bioethanol reforming is a very important subject in heterogeneous catalysis research. Pt based catalysts are employed in H2 purification processes and also as electrocatalysts of PEM (Proton Exchange Membrane) fuel cells. Hydrogen obtained from ethanol reforming may contain acetaldehyde and small amounts of CO as contaminants. This very reactive aldehyde can interact with Pt based catalysts during purification process, and also with the electrocatalyst. Therefore, this work aims to study the acetaldehyde behavior in the presence of platinum based catalysts under hydrogen atmosphere. Two catalysts named Pt/SiO2 and Pt/USY were prepared, containing 1,5% of Pt. A commercial Pt eletrocatayst supported on carbon (Pt/C) was also studied. The catalysts were characterized by textural analysis, XRD, H2 chemisorption, cyclohexane dehydrogenation reaction, pyridine IR, n-butylamine TPD, CO2 TPD, TGA/DTG, SEM and EDS. The catalytic tests were carried out in a fixed bed reactor at temperature range of 50-350 C, under acetaldehyde, H2 and N2 flow. It was observed that the acid-basic supports properties promoted condensation reactions with the formation of ethylic ether and ethyl acetate. Once in contact with Pt based catalysts, acetaldehyde undergoes C-C and C=O bond scissions. The former occurs at a wide temperature range, whereas the latter occurs only at low temperatures (< 200 C). The C-C bond scission (decarbonylation) produces methane and CO. The C=O bond scission generates carbon residues on the catalyst, as well as oxygen species, which in turn eliminate CO from the catalytic surface. It was noticed that the type of support influences products distribution, mainly at low temperatures. The data also show that decarbonylation is not a structure-sensitive reaction. Residues were observed on Pt/USY which were generated not only from C=O bond rupture, but also from acetaldehyde polymerization

Renewable energy sources has been attracting great interest due to well known environment issues and, hence, the development of power electronics converters to deal with the transformation of these sources into conventional energy forms has been the main challenge faced by many researches working in this area of expertise. Within this subject, this paper focuses the establishment of a new control strategy applied to a step-down/step-up single-stage inverter with imposed waveforms of CSI inductor current and output voltage. The proposed control strategy provides high voltage gain without using high frequency transformer, which contributes to weigh and size reduction of the proposed DC-AC converter structure. Theoretical and simulation analysis are presented and corroborated by experimental results of a 180W laboratory prototype. / Atualmente, a utilização de fontes renováveis, tais como, solar, eólica, hidrogênio e outras, têm atraído grande interesse na área de geração de energia, em decorrência dos problemas ambientais que assolam o planeta. O desenvolvimento de novas tecnologias para se condicionar a energia e transforme-la em de forma viável em energia elétrica convencional já é uma realidade. Neste contexto, este trabalho de dissertação concentra-se, com o uso da eletrônica de potência, na concepção de um conversor estático de energia com uma nova proposta de controle. O trabalho proposto trata de um conversor CC-CA elevadorabaixador seguidor de tensão de único estágio. O uso deste conversor contribui para o uso de fontes de energia renováveis de forma barata e simples. A estratégia de controle trata de um novo conceito que faz com que o conversor opere de forma independente como um inversor elevador de único estágio sem a presença de um transformador ou pré-regulador. O elevado ganho de tensão se dá pela imposição de duas variáveis, corrente de entrada de uma estrutura inversora CSI e tensão de saída. A versatilidade deste equipamento o torna capaz de operar em diversos cenários, desde o uso em uma zona remota até a co-geração de energia. O desenvolvimento teórico e análise realizada por simulação computacional são apresentadas e comprovadas pelos resultados experimentais obtidos através da construção em laboratório de um protótipo de 180W. / Mestre em Ciências

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:53:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000385282-Texto+Completo-0.pdf: 3229394 bytes, checksum: caa035d2d5444c36697946e1d4157f80 (MD5) Previous issue date: 2006 / The objective of this dissertation is the research and development of hydrogen operation Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC). Fuel cells are efficient electrochemical devices that generate electric energy with low environmental impact, combining oxygen and hydrogen. Considering the objective to get a deeper knowledge about fuel cells operation, the Membrane Electrode Assembly (MEA), one of the most important fuel cell components, is studied. Two hydrogen PEMFC were developed, presenting resources, materials, assembly process and main problems verified during construction. The tests methodology and variables controlled during the procedure are presented with the objective to perform a comparison with the methodologies used by other researchers and development groups. The results achieved are compared with commercial fuel cells, tested by researcher, and with results presented by literature. Considering the future possibility to proceed this research, an analysis of the investments to develop a 1 kW fuel cell stack, to reach a larger number of applications, was established. / Esta dissertação tem por objetivo realizar uma pesquisa e desenvolver protótipos de células a combustível com membrana para troca de prótons (PEMFC), com funcionamento a hidrogênio. Células a combustível são eficientes dispositivos eletroquímicos que geram energia elétrica com reduzido impacto ao meio ambiente, combinando hidrogênio e oxigênio. Visando um maior entendimento da operação das células a combustível, foi estudado um de seus principais componentes, o MEA (Conjunto Membrana Eletrodo). Foram construídos dois protótipos unitários de PEMFC com funcionamento a hidrogênio, apresentando-se ao longo da dissertação os recursos, materiais, procedimentos de montagem e avaliando-se os principais problemas durante a construção dos protótipos. São apresentadas a metodologia de teste utilizada e as variáveis controladas para permitir uma comparação com as metodologias utilizadas por outros grupos de pesquisa e desenvolvimento. Os resultados obtidos são, assim, comparados com resultados alcançados com células a combustível comerciais, testadas pelo pesquisador, assim como com aqueles resultados apresentados pela literatura. Buscando avaliar a possibilidade futura da continuidade deste trabalho, foi realizado um estudo da perspectiva de investimentos necessários para o desenvolvimento de uma célula a combustível de 1 kW de potência, que possibilite um número maior de aplicações.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:53:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000385272-Texto+Completo-0.pdf: 1405067 bytes, checksum: 5c29b3d4087920fbfe0a487d5b1dfe6f (MD5) Previous issue date: 2006 / This Thesis aims at performing the study and implementation of the direct methanol and ethanol fuel cell prototypes. The main advantages of the Direct Methanol Fuel Cells (DMFC), comparing with other fuel cells types, are the utilization of a liquid fuel, easily storable and available and the low operation temperature, quick to achieve. Besides automotive and stationary applications, the DMFC became, considering these characteristics, the preferable choice for portable equipment. Today, research and applications are developed for this market. The test methodology is presented to make possible comparison with other research groups results and to demonstrate de prototype evolution as a consequence of the analysis of the results. As an alternative with a renewable and national fuel, the use of ethanol in the prototype is tested and evaluated. A pilot illumination system with a high efficiency led is implemented as a means of evaluating the feasibility of a practical application. A financial projection and a technical evaluation of the implementation of a 1 kW stack are performed, and it proved to be feasible. As a result of this pioneer effort, the first DMFC of South Brazil was implemented, incorporating the technology of direct methanol and ethanol fuel cells, and, due to the study integrated with other groups of this project, a fuel cell research and development laboratory was installed. / Esta dissertação tem por objetivo o estudo e a implementação de protótipos das células a combustível com utilização direta de metanol e etanol. As células a combustível com utilização direta de metanol (DMFC) possuem vantagens em relação a outros tipos de células a combustível como a utilização de um combustível líquido, facilmente armazenável e disponível no mercado e de operar em baixa temperatura, entrando rapidamente em regime de trabalho. Além de aplicações veiculares e estacionárias, as DMFC se tornaram, em função dessas características, uma escolha preferencial para utilização em aparelhos portáteis e hoje são desenvolvidas pesquisas e aplicações para esse mercado. É apresentada a metodologia de testes de forma a viabilizar a comparação de resultados alcançados por outros grupos de pesquisa assim como demonstrar a evolução dos protótipos a partir das análises efetuadas. Como alternativa voltada para combustível nacional e renovável é testada e avaliada a utilização de etanol (álcool etílico) na célula implementada. Visando avaliar a possibilidade de aplicação prática, é implementado um sistema piloto de iluminação com a utilização de led de alta eficiência alimentado por DMFC. Assim é realizada uma projeção financeira e uma avaliação técnica da construção de uma célula de 1 kW, que se mostrou factível. Como resultado deste trabalho pioneiro foi implementada a primeira célula a combustível com utilização direta de metanol do sul do Brasil tendo sido incorporada a tecnologia de células com utilização direta de metanol e etanol. Em função do trabalho conjunto com a equipe do projeto vinculado, foi implantado um laboratório de estudo e pesquisa de células a combustível.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:53:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000402192-Texto+Completo-0.pdf: 9176578 bytes, checksum: 2a1b0695bcdab809f18f32475e33755c (MD5) Previous issue date: 2008 / This work is focused on research, modeling and computational implementation of new sources of distributed generation aiming to analyze the dynamic behavior, transient and the voltage profile of each source, through simulations, in order to ensure stability of operation and safety. Three dynamic models are developed to study the operation of these sources, in a Matlab/Simulink environment. The system under analysis consists on a microgrid composed of a fuel cells group and gas microturbines, using the synchronous permanent magnets machine and asynchronous machine as generator. The analysis of results is based on three different scenarios of simulation. In the first scenario, is performed a static simulation where is analyzed the voltage behavior for different loads and from this analysis is defined the limit of operation of each source. In the second one is simulated a power step to each source operating alone and, an increase of load when the three sources operate together, in parallel, linked to a distribution network. In the third one, the sources of distributed generation are connected to a small distribution system, which can be represented by an infinite bus, and the occurrence of shortcircuit is simulated considering, each source operating together with the distribution network, as well as the three sources together. The voltages profile, currents and electrics power of all the buses of the system modeled are analyzed in order to evaluate the operation and performance of each source operating in isolation form, as well as the impact of the sources of Distributed Generation operating together with the distribution network. / A proposta deste trabalho está centrada na pesquisa, modelagem e implementação computacional de novas fontes de geração distribuída visando analisar o comportamento dinâmico, transitório e do perfil da tensão de cada uma das fontes, através de simulações, de forma a assegurar uma operação estável e segura. Para o estudo da operação destas fontes, é desenvolvido um modelo dinâmico, em ambiente de Matlab/Simulink, de uma microrede composta por um grupo de células combustíveis e de microturbinas a gás utilizando máquinas síncrona a imãs permanentes e assíncrona como gerador. A análise dos resultados é baseada em três diferentes cenários de simulação. No primeiro cenário é realizado uma simulação estática onde é analisado o comportamento da tensão para diferentes carregamentos e, a partir desta análise é definido o limite de operação de cada fonte. No segundo cenário, é simulado um degrau de potência a cada fonte operando isoladamente e um incremento de carga quando as três fontes operam juntas, em paralelo, ligadas a rede. No terceiro cenário, as fontes de geração distribuída são conectadas a um pequeno sistema de distribuição, que pode ser representado por um barramento infinito, e é simulado a ocorrência de um curto-circuito considerando, nesta situação, cada fonte operando junto com a rede de distribuição, como também, as três fontes juntas. Então, são analisados o perfil das tensões, correntes e potências de todas as barras do sistema modelado de forma a avaliar a operação e o desempenho de cada fonte operando de forma isolada, bem como o impacto das fontes de Geração Distribuída operando em conjunto com a rede de distribuição.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:09Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-02-03Bitstream added on 2014-06-13T18:59:50Z : No. of bitstreams: 1 braga_lb_me_guara.pdf: 793261 bytes, checksum: d7179a6a1c19d0deb0a73a3fd4770536 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O aquecimento global e o agravamento da qualidade de vida da população causado principalmente pela queima de combustíveis fósseis (petróleo, diesel, gasolina), que emite milhões de toneladas de poluentes ao meio ambiente, é um dos focos principais da atualidade. Além disso, a certeza de que os combustíveis fósseis são bens esgotáveis abre margem para mais pesquisas em energias limpas, particularmente para os veículos automotores. Neste sentido tem recebido particular atenção a tecnologia de célula a combustível, que pode ser aplicada para o transporte urbano e corrobora para a melhoria da atual situação ambiental do planeta. As células a combustível surgem como tecnologias realmente promissoras para a geração de energia e embora já existam diversos protótipos e estudos no mundo, ainda são inviáveis comercialmente, fator este que pode ser contornado, com a evolução tecnológica e a possibilidade de produção em série, num futuro próximo. Dentre as diversas tecnologias hoje existentes, as células PEM (membrana de troca protônica) são as mais indicadas e fazem parte dos protótipos de veículos automotores em desenvolvimento, pois combina durabilidade, alta eficiência, tem rápido acionamento e opera em temperaturas relativamente baixas. Essa dissertação tem como objetivo a análise econômica comparando um ônibus movido com célula a combustível com um ônibus movido com motor de combustão interna. Além disso, foi calculada a eficiência ecológica para a produção do hidrogênio a partir de processos de reforma a vapor de gás natural, reforma a vapor de etanol, eletrólise por turbina eólica e eletrólise com energia de água vertida em hidroelétrica. / The global warming is decreasing the life quality of population caused mainly by burning of fossil fuels (oil, diesel, gasoline) that emit millions of tons of pollutants to the environment. Besides, the certainty that those fossil fuels are non-renewable resources allows more researches in cleaner energy, and particularly in vehicles. This way, fuel cell has received particular attention because it can be applied in urban transport and improves the actual environmental situation of the world. The fuel cells appear like a promising technology for energy generation. Although there are a lot of prototypes and researches in the world, its commercialization is impracticable, although it can be changed over the technological evolution and an additional production, in a near future. Among several technologies in the present, the PEMFC (proton exchange membrane fuel cell) is the most appropriated and take part of prototypes of vehicles in progress, because it combines durability, high efficiency, good response at room temperatures and it works at relatively low temperatures. The purpose of this dissertation was performes an economic analysis, comparing buses moved by fuel cells and buses moved by internal combustion engine. Furthermore was developed an ecological efficiency of hydrogen produced by natural gas, ethanol, electrolyse by wind turbine and hydrogen by hydroelectric power plant.

Neste trabalho, investigou-se a obtenção de fibras de La0,6Sr0,4Co1-yFeyO3 pela técnica de electrospinning e sua caracterização visando a sua aplicação como cátodo em células a combustível de óxido sólido de temperatura intermediária (SOFC-IT). Foram obtidos 5 compostos perovskitas LaxSr1-xCo1-yFeyO3 (LSCF) variando-se a quantidade de cobalto na composição (La0,6Sr0,4Co1-yFeyO3, sendo y = 1,0; 0,8; 0,6; 0,4; 0,2). As fibras LSCF, após tratamento térmico de 1000 ºC, apresentaram diâmetro médio em torno de 1 μm e estrutura perovskita com simetria romboédrica, com exceção do composto La0,6Sr0,4FeO3, que apresentou estrutura ortorrômbica. Foram avaliadas as propriedades elétricas das fibras sem compactação, compactada e sinterizada no intervalo de temperatura de 25-900 ºC. A condutividade elétrica das fibras LSCF aumentou com a compactação e sinterização das fibras e com o aumento do conteúdo de cobalto. As fibras sem compactação apresentaram valores de condutividade elétrica entre 0,23 S.cm-1 para La0,6Sr0,4FeO3 (LSF) à 0,43 S.cm-1 para La0,6Sr0,4Co0,8Fe0,2O3 (LSCF82) a 600 °C. Nas fibras compactadas os valores de condutividade elétrica aumentaram de 0,90 S.cm-1 para LSF à 9,06 S.cm-1 para LSCF82 a 600 °C. As fibras sinterizadas apresentaram os maiores valores de condutividade elétrica, 71 S.cm-1 para LSF e 832 S.cm-1 para LSCF82 em 600 ºC. A avaliação do desempenho eletroquímico das fibras LSCF como cátodo foi estudada por espectroscopia de impedância em células simétricas, contendo o eletrólito de céria dopada com gadolínio (CGO) e cátodos LSCF infiltrados com CGO. As medidas de impedância mostraram que os diagramas de Nyquist são compostos de dois a três semicírculos, dependendo da temperatura da medida. Os cátodos LSCF com maior conteúdo de cobalto apresentaram menor resistência de polarização. O cátodo La0,6Sr0,4Co0,8Fe0,2O3 apresentou a menor resistência de polarização entre 500 e 900 °C, classificando este cátodo compósito como um promissor material para SOFC de temperatura intermediária baseado em eletrólito CGO. / In this work, the preparation of La0.6Sr0.4Co1-yFeyO3 fibers by electrospinning and its characterization was investigated aiming the production of cathodes for Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cell (SOFC-IT). Five compounds of the family LaxSr1-xCo1-yFeyO3 (LSCF) were obtained varying the cobalt content (La0.6Sr0.4Co1-yFeyO3, where y = 1.0; 0.8; 0.6; 0.4; 0.2). The electrospun La0.6Sr0.4Co1-yFeyO3 (y=0.2-1.0) fibers resulted in an average diameter of about 1 μm and perovskite crystalline structure with rhombohedral symmetry after heat treatment at 1000 °C, except for La0.6Sr0.4FeO3 that crystallized in an orthorhombic structure. The electrical properties of the fibers in the non-compacted, compacted and sintered forms were investigated in the temperature range of 25-900 °C. The electrical conductivity of LSCF fibers increases with the compaction and sintering of the fibers and with the increase of cobalt content. The non-compacted fibers showed electrical conductivities ranging from 0.23 S.cm-1 for La0.6Sr0.4FeO3 (LSF) up to 0.43 S.cm-1 for La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3 (LSCF82) at 600 °C. The electrical conductivity increased in compacted fiber samples to 0.90 S.cm-1 for LSF and to 9.06 S.cm-1 for LSCF82 at 600 °C. The sintered fibers showed the highest electrical conductivity for all samples, 71 S.cm-1 for LSF and 832 S.cm-1 for LSCF82 at 600 ºC. The electrochemical performance of LSCF fibers as cathode was studied by impedance spectroscopy in symmetrical cells containing gadolinium doped ceria (CGO) electrolyte and LSCF cathode infiltrated with CGO. Impedance measurements showed that the Nyquist diagrams have two or three semicircles, depending on the measurement temperature. The LSCF cathodes with higher cobalt content exhibit lower polarization resistance and the La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3 cathode had the lowest polarization resistance between 500 and 900 °C, classifying this composite cathode as a promising material for intermediate temperature SOFC based on CGO electrolyte.

Membranas à base de polímeros perfluorosulfonados, como a Nafion, vêm sendo extensivamente usadas como membrana de troca protônica em células a combustível (FC). O objetivo deste trabalho foi desenvolver membranas eletrólito à base de polindeno sulfonado (SPInd) e poli(fluoreto de vinilideno) (PVDF), para uso como membranas de troca protônica em condições semelhantes às da membrana Nafion. As membranas foram preparadas por casting em diferentes composições utilizando PVDF como reforço mecânico e PVDF sulfonado (SPVDF) como agente compatibilizante. Todas as membranas foram avaliadas por análise termogravimétrica, calorimetria exploratória diferencial, análise dinâmico mecânica, microscopia eletrônica de varredura, grau de inchamento, capacidade de troca iônica e espectroscopia de impedância eletroquímica. As membranas com características semelhantes à membrana Nafion foram avaliadas em protótipo de FC a 80 °C. A membrana SPInd50/PVDF e as membranas com agente compatibilizante apresentaram condutividades iônicas na ordem de 10-2 S/cm, comparáveis àquela da membrana Nafion. A membrana com melhor desempenho em protótipo de FC foi o SPInd/PVDFC12, preparado com 50% de SPInd, 47,5% de PVDF e 2,5% de SPVDF (p/p), cujos valores de potencial de circuito aberto e densidade de potência máximo foram de 1,02 V e 74,54 mW/cm2, respectivamente. Apesar da densidade de potência máxima ser inferior à da membrana Nafion (603 mW/cm2), a membrana SPInd/PVDFC12 apresenta potencial para uso como eletrólito em célula a combustível. / Perfluorosulfonic acid ionomer membranes, e.g. Nafion, have been extensively used as proton exchange membranes in fuel cells (FC) due to their high proton conductivity and good mechanical properties. The aim of this work was to develop electrolyte membranes based on sulfonated polyindene (SPInd) and poly(vinylidene fluoride) (PVDF) to be used in the same conditions as Nafion. Membranes were prepared by casting with different compositions using PVDF as mechanical reinforcement and sulfonated PVDF (SPVDF) as coupling agent. The produced membranes were evaluated by thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry, and dynamic mechanical analysis, scanning electron microscopy, water uptake, ion exchange capacity and electrochemical impedance spectroscopy. The membranes with similar results to Nafion, were evaluated in a FC prototype at 80 °C. The membrane SPInd50/PVDF and all the membranes with coupling agent had ionic conductivity in the order of 10-2 S/cm, comparable to the Nafion´s. The polyelectrolyte with the best performance was the SPInd/PVDFC12 which was prepared with 50 wt% SPInd, 47.5 wt% PVDF and 2.5 wt% SPVDF, that reached an open circuit voltage of 1.02 V and maximum power density of 74.54 mW/cm2. Even though Nafion´s maximum power density was higher (603 mW/cm2), the SPInd/PVDFC12 membrane showed potential to be used as electrolyte in fuel cells.