Submitted by Eunice Novais (enovais@uepg.br) on 2017-09-01T17:51:26Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Luiz Fernando K Unti.pdf: 6181881 bytes, checksum: b0280e86919fc3c265d97d1ffba8200e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-01T17:51:26Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Luiz Fernando K Unti.pdf: 6181881 bytes, checksum: b0280e86919fc3c265d97d1ffba8200e (MD5) Previous issue date: 2017-01-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Dentre os materiais mais comuns utilizados para a construção de eletrólitos e eletrodos das células a combustível de óxido sólido (CaCOS) estão os óxidos com estrutura semelhante à perovisquita; estes apresentam características desejáveis para esta aplicação, como boa condutividade elétrica. Diversos são os estudos nesta área atualmente, onde um dos enfoques é o desenvolvimento de materiais com condutividade protônica para melhorar a performance destes condutores. O presente trabalho avaliou a viabilidade do composto Ba5Nb4O15 (BNO) como possível candidato na produção de elementos de CaCOS. Este composto possui uma estrutura de perovisquita hexagonal, e estudos recentes apontam que é largamente utilizado em ressoadores dielétricos e há indícios que este tipo de estrutura pode apresentar condutividade protônica. Nesse trabalho foi avaliada a síntese da fase BNO através de um método alternativo à reação no estado sólido, baseada no método Pechini modificado, usando para isto precursores no formato de óxido. Como há diversas rotas diferentes de processamento para esta fase, comparou-se a sinterabilidade dos pós obtidos nas sínteses através da densificação, após serem conformados e sinterizados em duas temperaturas: 1400 e 1450ºC. Também se estudou a influência da adição de dopantes de menor valência (titânio e zircônio) na estrutura e nas propriedades elétricas da fase pura. Foi possível obter a fase BNO em todas as sínteses, embora após a primeira calcinação houvesse diferentes fases na amostra obtida pelo método Pechini; estas fases secundárias desapareceram após a sinterização. Atingiu-se maior densificação ao submeter os pós sintetizados à moagem, previamente à conformação, onde se atingiu porosidades aparentes menores que 5%. As dopagens promoveram o refino do grão, mas não foram eficientes no aumento da condutividade do composto. Contudo, as amostras sinterizadas em 1450ºC apresentaram maior condutividade em atmosfera úmida (H2O) do que em água pesada (D2O), o que pode ser um indício da existência de condutividade protônica nesta estrutura. / Among the common materials used to produce solid oxide fuel cell’s (SOFC’s) electrolytes and electrodes areoxides with perovskite structures; they show desirable characteristics for this application, like good levels of ionic conduction. Nowadays, there are many different studies on this field, where developing new proton conduction materials to improve SOFC’s performance is one of them. Present work evaluated the viability of compound Ba5Nb4O15 (BNO) as a candidate to produce SOFC’s elements. This compound show a hexagonal perovskite structure and recent papers point this kind of structure is currently used can show some indications of proton conduction. At present study, it was evaluated BNO synthesis through an alternate method to solid-state reaction, based on Pechini method and using different oxides as precursors. Since there are many different processing routes to obtain this phase, it was compared sinterability of synthesized powders after pressing and sintering at two temperatures: 1400 and 1450ºC. The poisoning effect of titanium and zirconium on structure and electric properties was also studied. BNO phase was successful obtained in all synthesis, although non-stoichiometry phases were present on Pechini sample after first calcination; after sintering, these phases were no longer present though. A higher densification was obtained after milling synthesized powder previously to pressing: a bulk porosity smaller than 5% was achieved. Doping produce grain refinement, but it was not efficient improving electrical conductivity. However, sintered samples at 1450ºC had shown higher conductivity on humid atmosphere (H2O) than presented on heavy water atmosphere (D2O). This could be an indication of proton conductionin this structure. Keywords: proton conduction, hexagonal perovskites, Pechini method, solid oxide fuel cells.

A presente pesquisa foi desenvolvida para avaliar as potencialidades das células de combustível como tecnologia em si, inclusive os beneficios econômicos que se podem ter por meio do suprimento de energia elétrica se comparada com o aproveitamento da mesma por meio da rede pública. Além de uma parte descritiva do estado de arte da tecnologia, a presente dissertação foi focada em duas partes: a primeira trata de um estudo experimental onde uma célula, a membrana polimérica, foi conectada a um inversor, permitindo assim de fornecer energia elétrica na rede pública. Na segunda parte foi realizada uma avaliação engenhero-econômica com uma Célula de Combustível de Ácido Fosfórico para o aproveitamento da energia elétrica com cogeração de calor para as condições de mercado brasileiro. O primeiro estudo mostrou como seja possível abastecer uma célula (neste caso alimentada por hidrogênio) para fornecer continuamente energia elétrica na rede, onde necessário ou onde seja impossível para o usuário se conectar a rede pública. O segundo estudo, por sua vez, mostrou que atualmente a células de combustível de média temperatura de Ácido Fosfórico (PAFC) não é uma tecnologia ainda madura e que é viável economicamente somente em aplicações de nicho, por exemplo setores indústriais eletro-intensivos e com necessidade de energia termica também. Todavia, projeções futuras baseadas em curvas de aprendizados e a queda do preço do gás natural mostram como a expansão da tecnologia e a possibilidade de acessar um combustível barato podem abrir futuro para a PAFC mundialmente. / This Masters dissertation aims to study technical potentialities of Fuel Cell technology, including the economical benefits that can provide compared with public grid as well. Thus, the dissertation has been focused in two main parts: the first concerns in an experimental approach to supply electrical power to the public grid using a Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC), while the second one presents a global (from an engineering and economic point-of-view) assessment of a Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC) for the co-generation of heat with electrical energy in Brazil. The first study has been accomplished connecting a PEMFC with a power inverter to the public grid. It has been proved experimentally that Fuel Cell is an alternative device that, as long as fuel is fed, may provide electrical energy continuously and more efficiently than traditional devices. The second study has been focused in the so-called Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC) that, being a Medium Temperature Fuel Cell, beyond to supply electrical energy, may be used for co-generation of thermal energy. Through this study it has been showed that, at the current state-of-art, PAFC is is not already a mature technology and it becomes economically viable only for niche market applications, represented by the industrial sectors with high base load power and continuous thermal energy demand. However, accumulated knowledge expressed by learning curve and natural gas shock price caused by possible LNG supplying and shale gas recovery are the two main factors that may turn investment in PAFC profitable worldwide.

Orientador: Prof. Dr. Mauro Coelho dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-graduação em Ciência e Tecnologia/Química, 2009 / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de eletrocatalisadores compostos de PtCeO2/C para a oxidação de etanol em células a combustível. Primeiramente, partiu-se para a escolha do método de preparação dos eletrocatalisadores onde foram comparados: o método de redução química (NaBH4)(MRQ), o método sol-gel (MSG) e o método dos precursores poliméricos (MPP) para produzir eletrocatalisadores de Pt/C para a oxidação de metanol, com o destaque do eletrocatalisador MPP. Adotado o MPP para a produção de eletrocatalisadores foi então produzido um eletrocatalisador Pt3Sn1/C para comparar o desempenho com um material semelhante, mas de origem comercial na reação de oxidação de etanol, o MPP favoreceu a produção da liga Pt3Sn reconhecida como o melhor material baseado em platina e estanho para tal finalidade, e mostrando-se superior ao material comercial em testes de uma célula a combustível de etanol direto, confirmando a eficiência do método de preparação. Então foram realizados estudos da eletrocatálise das reações de oxidação de etanol em meio ácido utilizando-se PtCeO2/C (20 % metal em carbono) preparados nas proporções em massa Pt:Ce (3:1, 2:1, 1:1, 1:2, 1:3) produzidos pelo MPP. A composição dos eletrocatalisadores foi corroborada por medidas com a técnica de análise de energia dispersiva de raiosX (EDX). Com as medidas de difração de raios X (DRX) foram caracterizadas as fases de Pt e CeO2, com tamanhos médios de partícula da ordem de 7 nm para a Pt e 3 nm para o CeO2. Experimentos de voltametria cíclica e cronoamperometria foram realizados para avaliar o desempenho eletrocatalítico dos diferentes materiais. Em todos os casos, exceto Pt-CeO2/C 1:1, os eletrocatalisadores Pt-CeO2/C apresentaram melhor desempenho para a oxidação de etanol quando comparados com Pt/C. O melhor resultado observado foi obtido para o eletrocatalisador de PtCeO2/C 1:3, que inclusive superou o desempenho do eletrocatalisador Pt-Ru/C (ETek) para o mesmo processo. Do ponto de vista econômico e considerando os resultados obtidos, os eletrocatalisadores de PtCeO2/C preparados pelo método dos precursores poliméricos são candidatos promissores para o uso como catalisadores em ânodos de células a combustível de etanol direto. / This work presents the development of PtCeO2/C electrocatalysts for ethanol electrochemical oxidation. Firstly, three preparation methods were compared: polymeric precursor method (PPM), chemical reduction method (NaBH4) (CRM), and sol-gel method (SGM) ir order to produce Pt/C electrocatalysts toward methanol electro-oxidation. The PPM electrocatalyst was the most appropriated. Secondly, adopting the PPM for electrocatalyst production, it was prepared a Pt3Sn/C electrocatalyst and its performance as an anode in a direct ethanol fuel cell (DEFC) was compared with one from a PtSn/C Etek electrocatalyst. The polarization curves for a DEFC using Pt3Sn/C as the anode demonstrated improved performance compared to that of a PtSn/C Etek, showing then the efficiency of the preparation method. Finally, a study of the electrocatalysis of ethanol oxidation reactions in an acidic medium on Pt-CeO2/C (20 wt.% of Pt-CeO2 on carbon XC-72R), prepared in different mass ratios by the polymeric precursor method was performed. The mass ratios between Pt and CeO2 (3:1, 2:1, 1:1, 1:2, 1:3) were confirmed by Energy Dispersive X-ray Analysis (EDAX). X-ray diffraction (XRD) structural characterization data shows that the Pt-CeO2/C catalysts are composed of nanosized polycrystalline non-alloyed deposits, from which reflections corresponding to the fcc (Pt) and fluorite (CeO2) structures were clearly observed. The mean crystallite sizes calculated from XRD data revealed that, independent of the mass ratio, a value close to 3 nm was obtained for the CeO2 particles. For Pt, the mean crystallite sizes were dependent on the ratio of this metal in the catalysts. Low platinum ratios resulted in small crystallites, and high Pt proportions resulted in larger crystallites. The size distributions of the catalysts particles, determined by XRD, were confirmed by Transmission Electron Microscope (TEM) imaging. Cyclic voltammetry and chronoamperometic experiments were used to evaluate the electrocatalytic performance of the different materials. In all cases, except Pt-CeO2/C 1:1, the PtCeO2/C catalysts exhibited improved performance when compared with Pt/C. The best result was obtained for the Pt-CeO2/C 1:3 catalyst, which gave better results than the Pt-Ru/C (Etek) catalyst. From an economical perspective, and considering the results obtained, Pt-CeO2/C electrocatalysts prepared by the PPM method are promising candidates for use as catalysts in anodes of direct ethanol fuel cells.

A adoção de políticas de incentivo ao desenvolvimento de novas tecnologias de geração de energia tem sido consenso entre especialistas de gestão ambiental. Nesta perspectiva, sistemas de conversão como células a combustível de baixa temperatura de operação (60120 °C) constituem alternativas propícias para fornecimento de energia com emissão reduzida de poluentes. Em adição, o etanol representa uma opção atrativa como combustível devido às vantagens relacionadas à característica renovável e à consolidação da indústria de bioetanol em países como Brasil e Estados Unidos. Contudo, a oxidação do etanol resulta em perdas de eficiência por causa da dificuldade de clivagem da ligação carbono-carbono. Tradicionalmente, platina tem sido usada como catalisador em decorrência das elevadas energia de adsorção e densidade de corrente de troca. Entretanto, a melhora na cinética de reação requer maior utilização catalítica. Neste contexto, um processo de síntese de óxido de grafeno reduzido foi desenvolvido para estabilizar e suportar a fase metálica, aperfeiçoando a área eletroquimicamente ativa. Uma metodologia convencional de síntese química e processamento de óxido de grafeno, a partir de grafite, foi aprimorada visando à fabricação de materiais com características desejáveis aos processos eletrocatalíticos. As estratégias foram baseadas em princípios combinados para introdução controlada de defeitos, redução no estado de aglomeração com auxílio de funcionalização direcionada com surfactante brometo de cetiltrimetilamônio (CTAB) e manufatura de dispersões com aumentada estabilidade coloidal. A nova nanoestrutura forneceu elevada densidade de sítios ativos, que incorreu em valores de corrente mássica aumentados em torno de 2,5 e 5,4 vezes frente à platina suportada em negro de fumo e grafeno aglomerado, respectivamente. / In the last decade, the adoption of policies aimed at developing new technologies for clean energy production has been a broad consensus among environment experts. From this perspective, low-temperature fuel cells (60120 °C) would appear to be promising systems to provide continuous and low-carbon power supply. As an alternative fuel, ethanol would be an appealing option due to renewability and mass production scalability. Nevertheless, the sluggish kinetics of ethanol electro-oxidation represents a major roadblock for the development of direct ethanol fuel cells. Platinum has been the most commonly used catalyst because of the highest energy adsorption and exchange current density. Optimizing reaction kinetics by tuning catalyst utilization has been applied to achieve improved performance on platinum-based catalysts. In this context, reduced graphene oxide sheets were developed to stabilize and support platinum nanoparticles, as well as to enhance the electrochemically active surface area. A conventional wet chemical methodology for synthesizing and processing graphene oxide from graphite was improved for assembling bi and/or tridimensional nanostructures with relevant microstructural features to electrocatalysis. The approach for reducing mass-transport resistances was based on a three-step design strategy aimed at the controlled introduction of defects, in situ cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) surfactant functionalization/intercalation and a manufacturing perspective on graphene dispersions from a basic solution thermodynamics theory. The unique nanoarchitecture provided a high density of active sites, which incurred in a mass current value increased by about 2.5 and 5.4 times compared to platinum supported on state-of-the-art carbon black and restacked graphene, respectively.

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-08-10T13:04:03Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_EstudoSuportesAlternativos.pdf: 3760340 bytes, checksum: cb8d4c7ac7e7a9b32854f47aa3da17c3 (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2017-08-23T14:21:22Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_EstudoSuportesAlternativos.pdf: 3760340 bytes, checksum: cb8d4c7ac7e7a9b32854f47aa3da17c3 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-23T14:21:22Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_EstudoSuportesAlternativos.pdf: 3760340 bytes, checksum: cb8d4c7ac7e7a9b32854f47aa3da17c3 (MD5) Previous issue date: 2016-08-05 / Este trabalho trata da síntese, caracterização e avaliação da atividade catalítica de eletrocatalisadores de Pt e PtSn, suportados em carvão ativado de biomassa com elevada área superficial, obtidos por meio da carbonização e ativação química do material carbonáceo, em diferentes temperaturas e concentração do ativador químico. As séries de materiais suporte em estudo são o BSC (obtido da casca da Castanha-do-brasil, Bertholletia excelsa) e BO (obtido do ouriço da Castanha-do-brasil). Os eletrocatalisadores foram sintetizados pelo método de redução via etilenoglicol. A caracterização física foi realizada com o auxílio das técnicas de Difração de Raio-X (DRX), Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raios-X (EDX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), e Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET). O comportamento eletroquímico dos catalisadores frente às reações de eletro-oxidação dos álcoois foi avaliado através de Voltametria Cíclica (VC) e por Cronoamperometria (CA), utilizando-se a técnica do eletrodo de camada ultrafina. Para comparação das atividades catalíticas dos eletrocatalisadores utilizou-se a normalização das correntes pela massa de metal contido em cada eletrodo. Os carbonos ativados de biomassa apresentaram boa capacidade elétrica variando de 52 a 550 Fg-1 e elevada área específica de 1.030 a 3.154 m2g-1 o que conferiu boa dispersão das nanopartículas sobre o material suporte. As medidas de cronoamperometria, em solução ácida de etanol, mostram maior atividade catalítica para Pt73Sn27/BSC800K5R; Pt72Sn28/BO600K3 e Pt57Sn43/BSC600K1F. Já em solução ácida de metanol os eletrocatalisadores Pt86Sn14/BSC800K5; Pt72Sn28/BO800K5 e Pt57Sn43/BSC600K1F apresentaram as melhores respostas catalíticas. / This work deals with the synthesis, characterization and catalytic activity of electrocatalysts Pt and PtSn supported on activated carbon biomass with high surface area, obtained by carbonization and chemical activation of carbonaceous material at different temperatures and concentration of the activator chemical. The series under study are BSC (obtained from the shell of Brazil nut, Bertholletia excelsa) and BO (obtained from bur fiber Brazil nut). The electrocatalysts were synthesized by ethylene glycol via reduction method. The physical characterization was performed using the techniques of X-ray Diffraction (XRD), Energy Dispersive Spectroscopy X-ray (EDS), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Transmission Electron Microscopy (TEM). The electrochemical behavior of the catalysts for the reactions of electro-oxidation of alcohols was evaluated by cyclic voltammetry and chronoamperometry by using the technique of ultrathin layer electrode. To compare the catalytic activity of electrocatalysts used to normalize currents through the mass of metal contained in each electrode. The activated carbon biomass showed good electrical capacity 52 to 550 g F-1 and high specific area 1030 to 3154 m2 g-1 which gave good dispersion of nanoparticles on the material support. The chronoamperometry measures in acid ethanol solution, show higher catalytic activity for Pt73Sn27/BSC800K5R; Pt72Sn28/BO600K3 and Pt57Sn43/BSC600K1F. Already in acidic methanol solution electrocatalysts Pt86Sn14/BSC800K5; Pt72Sn28/BO800K5 and Pt57Sn43/BSC600K1F showed the best catalytic responses.

A grande variedade de propriedades dos óxidos com estrutura perovskita permite sua aplicação em diversas áreas da tecnologia. Em especial, as propriedades eletroquímicas e a estabilidade térmica de alguns destes compostos faz destes materiais os mais usados em cátodos de dispositivos para geração de energia como as células a combustível de óxido sólido (SOFC). As SOFC são dispositivos que podem atingir altas eficiências na conversão de energia elétrica e são passíveis de utilização na geração de energia sustentável e distribuída. Para estas células, as perovskitas compostas de manganita de lantânio dopada com estrôncio (LSM) preenche a maioria dos requisitos para aplicação como cátodos da SOFC. Nas células a combustível de óxido sólido de temperatura intermediária (IT-SOFC) há a possibilidade de construir a célula com filmes finos dos materiais cerâmicos suportados em um interconector metálico. No entanto, para os cátodos das IT-SOFC as manganitas não possuem bom desempenho eletroquímico devido à menor temperatura de operação do dispositivo, sendo necessário o desenvolvimento de condutores mistos para aumentar os sítios reativos para reação de redução do O2. Assim, o desenvolvimento de cátodos utilizando a perovskita cobaltita de estrôncio dopada com antimônio (SCS) tem sido proposto para esta aplicação. Portanto, a execução deste trabalho visou à obtenção tanto da LSM quanto da SCS que são materiais para SOFC e IT-SOFC, respectivamente. A LSM também foi avaliada frente a condições de processamento e sinterização. Os pós de LSM foram obtidos através da síntese por combustão, variando a quantidade e tipo de combustível atentando aos aspectos morfológicos resultantes dos parâmetros selecionados. O método de sol-gel foi testado para obtenção da LSM, para fins comparativos. O método de combustão também foi utilizado para obter a SCS, observando a influência do tempo de calcinação sobre a formação das fases. Os pós das manganitas que apresentaram as características mais promissoras foram depositados sobre substratos densos de zircônia estabilizada com ítria (YSZ), na forma de filmes finos pela técnica de dip coating. A perovskita LSM pôde ser obtida de forma monofásica após calcinação e o resultado final da formação da estrutura romboédrica não foi alterado em função do excesso e do tipo de combustível ou do método de síntese utilizado. Agregados com morfologia distinta, formados por partículas nanocristalinas com tamanho médio de aproximadamente 30 nm, foram observados quando a sacarose foi utilizada como combustível e também quando misturada na solução precursora com ureia, formando cristalitos com tamanho médio próximo a 20 nm. A sacarose também promoveu a obtenção do pó de maior área superficial específica (34,9 m²/g) que apresentou taxas de sinterização mais elevadas que os outros pós. As deposições da LSM sobre a YSZ formou filmes contínuos quando os substratos utilizados possuíam rugosidade intermediária e também quando as deposições iniciais foram feitas utilizando baixas velocidades de retirada do banho. O uso de uma solução à base de água destilada com alto teor de ligantes promoveu a obtenção de um filme fino de 3 μm e com uma microestrutura porosa. A síntese por combustão também possibilitou a obtenção da perovskita SCS, no entanto após 6 horas de calcinação o pó ainda apresentou fases secundárias e maiores tempos podem ser necessários para a obtenção de um material monofásico. O alto calor da síntese do pó de SCS formou agregados densos, porém nanocristalinos. / The great variety of properties of oxides with the perovskite structure allows their application in several fields of technology. Specially, the electrochemical properties and the thermal stability of some of these compounds make these materials the most used in devices for energy generation such as the solid oxide fuel cells (SOFC). SOFC’s are devices the reach high efficiencies in the conversion of electric energy and are likely to be used in sustainable and distributed energy generation. For this cells, perovskitas composed by strontium doped lanthanum manganites (LSM) is the material that fits most of requirements for the application in SOFC’s cathodes. In the intermediate temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFC) there is the possibility to build a cell with thin ceramic films supported in a metallic interconnector. However, for IT-SOFC’s cathodes, LSM no longer has a good electrochemical performance due to the device’s lower operating temperatures, being necessary the development of mixed conductors to increase the amount of reactive sites for the reduction of O2. In this context, the development of cathodes based on antimony doped strontium cobaltites (SCS) perovskites is being proposed to this application. This work was executed looking for the obtaining of LSM, a material for SOFC cathodes, and to evaluate its behavior against processing conditions; and for the obtaining of SCS, a material for IT-SOFC cathodes. LSM powders were obtained by combustion synthesis, varying the amount and type of fuel, and observing the resulting morphological aspect conferred by the selected parameters. For comparison, the obtaining of LSM powders was carried out via the sol-gel method. The combustion method was also used for the obtaining of SCS, watching for the calcination time. LSM powders were processed and powder with most promising characteristics was used in dispersions for dip coating of dense YSZ substrates. The LSM perovskite was obtained as a single phase powder after calcination without influence of the fuel excess, fuel type or synthesis method, in the final formation of the rhombohedral structure. Aggregates with distinct morphology, formed by nanocrystalline particles with average size around 30 nm, were observed when sucrose was used as fuel and also when mixed with urea in the precursor solution, which formed crystallites with average size near 20 nm. The use of sucrose also promoted the obtaining of the powder with the higher specific surface area (34,9 m²/g) which presented sintering rates higher than the other powders. When not too rough, the YSZ substrates had more continuous films formed in its surface and also when the first depositions were made with the substrates slowly emerging from the bath. The use of a solution based on distilled water with higher amount of binder, promoted the obtaining of films as thin as 3 μm and with a porous microstructure. Combustion synthesis also led to the obtaining of the SCS perovskite, however after 6 hours calcination the powder still presented secondary phases and longer calcination periods may be necessary for the obtaining of a single phase material. The high heat of the SCS synthesis reaction formed dense, yet nanocrystalline aggregates.

Orientador: Prof. Dr. Mauro Coelho dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, 2015. / Este trabalho apresenta a síntese e a caracterização de eletrocatalisadores binários e ternários suportados em carbono com paládio (PdSn/C, PdIr/C e PdSnIr/C) para oxidação do etanol em meio alcalino. Os materiais foram preparados pelo método sol-gel com 20% em massa dos metais e as proporções foram: para os binários de PdSn/C e PdIr/C 1:1, 2:1 e 3:1 (m/m); para os ternários de PdSnIr/C 1:1:1, 2:1:1 e 3:1:1 (m/m). Teve-se como objetivo definir quais apresentassem melhores resultados, possibilitando diminuir a quantidade do Pd, favorecendo a otimização da composição metálica para obter a melhor atividade eletrocatalítica para a oxidação do etanol. A caracterização física foi feita por medidas de difração de raios-X (DRX) e as análises indicaram principalmente a formação de óxidos dos metais. Por microscopia eletrônica de transmissão (MET) as partículas apresentaram tamanhos médios entre 5 e 9 nm e dispersão homogênea no suporte de carbono, com formação de alguns aglomerados. Experimentos de voltametria cíclica e cronoamperometria foram realizados para avaliar a atividade eletrocatalítica dos materiais. O eletrocatalisador binário PdIr/C 1:1 apresentou os melhores resultados pelas análises eletroquímicas quando comparado aos demais eletrocatalisadores binários e ternários produzidos. Sugere-se que este comportamento possa ser explicado pela oxidação de etanol com maior número efetivo de elétrons, pois formou-se principalmente, por análise em infra vermelho (IV), acetatos e acetaldeídos, vias favorecidas cineticamente, fato que pode ser atribuído à maximização da adsorção de etanol, ao mecanismo bifuncional e ao efeito eletrônico que também não pode ser descartado. Para os estudos conduzidos em célula a combustível, PdSn/C 3:1 apresentou melhores resultados, atribuídos a uma maior condutividade deste material, de acordo com o conteúdo de Pd. Do ponto de vista econômico e funcional, todos os eletrocatalisadores produzidos proporcionaram uma melhora no desempenho eletrocatalítico, quando comparados a Pd/C. / This work describes the synthesis and characterization of binary and ternary carbon supported electrocatalysts with palladium: (PdSn/C, PdIr/C e PdSnIr/C) for ethanol oxidation in alkaline medium. The materials were prepared by sol-gel method with 20% by weight of the metals and the proportions are, for binary PdSn/C e PdIr/C 1:1, 2:1 e 3:1 (w/w); for the ternary PdSnIr/C 1:1:1, 2:1:1 e 3:1:1 (w/w) in order to define which show the best results allowing a reduction in the amount of Pd, favoring the optimization of the metallic composition to obtain the best electrocatalytic activity for the oxidation of ethanol. The physical characterization was carried out by measurements of X-ray diffraction (XRD) and analysis indicated the formation of mainly metal oxides. By transmission electron microscopy (TEM) the particles had average sizes from 5 to 9 nm and homogeneous dispersion on carbon support, with formation of some clusters. Cyclic voltammetry and chronoamperometry experiments were conducted to evaluate the electrocatalytic activity of the material. Produced electrocatalysts had their activities compared, enabling the definition of the best material under study. The binary electrocatalyst PdIr/C 1:1 showed the best results, the electrochemical analysis when compared to other binary and ternary electrocatalysts produced, it is suggested that this behavior may be explained by the oxidation of ethanol with more effective electrons transferrence because formed mainly by analysis of infra-red (IR), acetates and acetaldehyde routes favored kinetically, which can be attributed to maximize the ethanol adsorption, the bifunctional mechanism and electronic effect cannot be ruled out. For studies conducted in fuel cell PdSn/C 3:1 showed better results what can suggest a higher conductivity of this material. From the economic and functional point of view all produced electrocatalysts provided an improved electrocatalytic performance, when comparing to Pd/C.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:16:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4319.pdf: 2155703 bytes, checksum: 75db82b9ab7454b9f80654b6343881b8 (MD5) Previous issue date: 2012-02-29 / Universidade Federal de Minas Gerais / This dissertation has aims to make an analysis of the political and sociological dimensions on the research in fuel cells and hydrogen energetic use in Brazil. For this we have done an extensive bibliographic research about this theme and other related (as energy policy and environment) and a case study about the CENEH (Centro Nacional de Referência em Energia do Hidrogênio), a public center of research and consultation in technologies related to the hydrogen and fuel cells. As a theoretical background, we start from the sociology of science, specially the Actor-Network Theory by Bruno Latour and Michel Callon. Through this research, we found many social actors related to this area, their actions, relations and tensions, and also a view of the technological and political situation of the research and development of the hydrogen energetic use at the networks articulated by the CENEH. / Esta dissertação tem como objetivo fazer uma análise das dimensões políticas e sociais das pesquisas em células a combustível e uso energético do hidrogênio no Brasil. Para isso, fizemos uma extensa pesquisa bibliográfica sobre este tema e outros relacionados (como política energética e meio ambiente) e realizamos um estudo de caso sobre o CENEH (Centro Nacional de Referência em Energia do Hidrogênio), um centro público de pesquisa e consulta em tecnologias relacionadas ao hidrogênio e células a combustível. Como referencial teórico, partimos da sociologia da ciência, em especial a teoria Ator-Rede de Bruno Latour e Michel Callon. Por meio desta pesquisa, pudemos constatar diversos atores sociais relacionados às pesquisas nesta área, suas ações, relações e tensões, assim como um panorama da situação tecnológica e política das pesquisas e desenvolvimento do uso energético do hidrogênio nas redes articuladas pelo CENEH.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work aims at the development of an instrumentation prototype to monitor, control and drive a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) and its ancillary equipment. The first stage of this work is related to PEMFC stack modeling and the second is focused on electronic instrumentation to obtain practical data regarding to the stack behavior. Several theoretical models are analyzed. However, more attention is paid to the electronic model. Considering other electronic PEMFC models, changes were made to make it a more accurate. In this way, this modified model was validated by laboratory static and dynamic tests. These tests were compared with real data, available from the manufacturer s manual and other information from literature. To evaluate the variation in the main external parameters (reactant pressures, temperature, humidity of the membranes and coolant fluids, stoichiometric ratio, power, current and voltage) a full fuel cell instrumentation circuitry was developed to monitor and control them. This software is fully implemented in Labview, so as to verify and to control the whole fuel cell efficiency by using only a computer-based terminal. Additionally, the whole instrumentation system is presented and discussed. Finally, experimental tests were carried out to evaluate a by-pass technique (set of controlled shortcircuits) to maximize the stack output power. / Esta dissertação refere-se ao desenvolvimento de um sistema de monitoramento, acionamento e controle de uma pilha de células a combustível (CaC) do tipo PEM e de seu equipamento auxiliar. A primeira etapa deste trabalho é relacionada à modelagem da CaC e a segunda refere-se à instrumentação eletrônica para obtenção de dados práticos da pilha. Para os estudos teóricos vários modelos matemáticos são estudados, com maior ênfase à modelagem eletrônica de CaC. Para o modelo eletrônico são propostas modificações em relação a sua proposta original e sua validação é realizada através de testes estáticos e dinâmicos, e pela comparação dos dados obtidos com dados de fabricantes e também de outros autores. De modo a avaliar o impacto que a variação das principais grandezas de controle causam na eficiência da CaC é apresentado um sistema de monitoramento e controle baseado no programa Labview. Este sistema foi implementado em um protótipo de laboratório que faz uso de uma placa de aquisição para coleta de dados e geração de sinais PWM de controle. Também é apresentada a instrumentação eletrônica necessária para o mesmo protótipo. A pressão de entrada dos reagentes, a temperatura de operação, a umidade da membrana, o fluxo de ar e a razão estequiométrica são as principais variáveis a serem monitoradas e controladas. Também são realizados ensaios de funcionamento dinâmico da pilha com a aplicação da técnica de by-pass ou curtos-circuitos entre o anodo e o catodo.

Orientador: Antonio Carlos Dias Ângelo / Banca: Luiz Henrique Dall'Antonia / Banca: Joelma Perez / O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi da Unesp / Resumo: Atualmente, as mudanças climáticas e a questão energética tem sido tema de grande interesse e discussões mundiais. Assim, um número crescente de novas tecnologias verdes tem sido propostas para transformar o modo como a energia é produzida, distribuída e consumida. Neste contexto, as células a combustível surgem como sistemas alternativos para a geração de energia elétrica. Porém, alguns desafios ainda precisam ser vencidos para sua utilização. Um dos principais desafios refere-se ao desenvolvimento de eletrocatalisadores que favoreçam a oxidação direta do combustível a 'CO IND. 2' e que sejam menos susceptíveis ao envenenamento por intermediários/produtos provenientes desta reação. Neste contexto, as fases intermetálicas ordenadas tem sido propostas como promissores materiais para aplicações em eletrocatálise, pois apresentam estabilidade físico-química, excelente capacidade de adsorção de combustíveis orgânicos e menor susceptibilidade ao bloqueio por intermediários e produtos de reação. O presente trabalho propõe o uso das fases intermetálicas ordenadas PtSn e AuSn como materiais eletrocatalisadores para a reação de oxidação do glicerol, em meio ácido e alcalino. As fases intermetálicas ordenadas foram sintetizadas a partir da fusão dos metais puros em um forno a arco voltaico, sob atmosfera de argônio, e posteriormente refundidos em um forno de indução térmica. Os materiais obtidos foram caracterizados fisicamente pelas técncas de Difração de Raios-X (DRX) e Microscopia Eletrônica de Varredura com Energia Dispersiva de Raios-X (MEV-EDX), cujos resultados mostraram que a metodologia utilizada levou a obtenção dos materiais desejados. A avaliação da atividade eletrocatalítica das fases intermetálicas PtSn e AuSn frente a reação de oxidação do glicerol em eletrólito de 'H IND... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Currently, the climatic changes and the energy question have been subject of great interest and world-wide discussions. Thus, an increasing number of new green technologies has been proposed to transform the way as the energy is produced, distributed and consumed. In this context, the fuel cells appear as alternative systems for electric energy generation. One of the main challenges is in the eletrocatalysts development that favor the direct oxidation of 'CO IND. 2' fuel and that products proceeding from this reaction are less likely to the poisoning for intermediate products from this reaction. In this context, the ordered intermetallic phases have been proposed as promising materials for applications in electrocatalysis, therefore they present physicochemical stability, excellent organic fuels adsorption capacity and minor susceptibility to intermediate blocking and reaction products. In this direction, the present work considers the use of PtSn and AuSn ordered intermetallic phases as electrocatalysts material for glycerol oxidation reaction, in acid and alkaline medium. The ordered intermetallic phases have been synthecized from pure metals fusing in an electric-arc furnace, under argon atmosphere, and later melted in an induction furnace. The gotten materials have been physically characterized by X-Ray Diffraction (DRX) and Scanning Electron Microscopy with surface analysis by Energy Dispersive X-ray Spectrometry (MEV-EDX) techniques, which results have shown that the used methodology led to obtaining the desired materials. The electrocatalytic activity evaluation of the PtSn and AuSn intermetallic phases facing the reaction of glycerol oxidation in electrolyte 0,15 'H IND. 2''SO IND. 4' mol 'L POT. -1' and 0,15 NaOH mol 'L POT. -1' and 0,15 NaOh mol 'L POT. -1', was made using the cyclic voltammetry and cronoamperometry techniques. Through these assays, a catalytic... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre