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.

Neste trabalho, um polímero eletrólito derivado do poli(indeno) (PInd) foi desenvolvido como componente de membranas poliméricas a base de polibenzimidazol (PBI) para célula a combustível de média temperatura. Foi investigado o método de síntese, envolvendo a reação de fosfonação pelo método de Friedel-Crafts assistido por catalisador ácido de Lewis AlCl3. O polímero poli(indeno) fosfonado (PPInd) foi comparado com seu análogo sulfonado, o poli(indeno) sulfonado (SPInd), e usados nas blendas com 5, 7,5 e 10% em peso com o PBI. Os polímeros precursores foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho, espectroscopia de ressonância magnética nuclear, espectroscopia de energia dispersiva, espectrometria de espalhamento Rutherford, análise termogravimétrica acoplada com espectrometria de massas e calorimetria exploratória diferencial. As blendas PPInd/PBI e SPInd/PBI foram caracterizadas por análise termogravimétrica, grau de dopagem e espectroscopia de impedância eletroquímica. A modificação realizada pelo método de Friedel-Crafts permitiu a obtenção do poli(indeno) fosfonado parcialmente solúvel em solventes orgânicos e água, com grau de modificação de 81%. Houve convergência dos teores de modificação encontrados pelas análises termogravimétrica, espectrometria de espalhamento Rutherford e espectroscopia de energia dispersiva. O polímero PPInd apresentou estabilidade química na temperatura de operação da célula a combustível de média temperatura, passando por processos de degradação típicos de sua estrutura aromática fosfonada. A degradação dos polímeros PInd, PPInd e SPInd ocorreu majoritariamente com cisão de unidades monoméricas de indeno não funcionalizado. A inserção dos polímeros modificados PPInd e SPInd no PBI resultou no aumento da condutividade iônica, tendo a blenda com 10% de PPInd apresentado o maior valor de condutividade protônica (0,015 S.cm-1), a 25 oC. O uso do poli(indeno) modificado com grupos ácido fosfônico visa aumentar a gama de eletrólitos para células a combustível de média temperatura. / In this work a polymer electrolyte derivated from the poly(indene) (PInd) was developed to be used as polymer electrolyte membrane in medium-temperature fuel cells. The modification method, based on the AlCl3 assisted Friedel-Crafts reaction, was investigated as fosfonation strategy. The phosphonated poly(indene) was compared to its similar sulphonated poly(indene) and they were used in blends of 5, 7.5 and 10wt% in polybenzimidazole (PBI). Pristine polymers were characterized by infrared spectroscopy, nuclear magnetic resonance spectroscopy, energy dispersive spectroscopy, Rutherford backscattering spectrometry, thermogravimetric analysis coupled with mass spectrometry and differential scanning calometry. The PPInd/PBI and SPInd/PBI blends were characterized by thermogravimetric analysis, doping level and electrochemical impedance spectroscopy. The modification by Friedel-Crafts reaction produced phophonated poly(indene) with degree of phosphonation of 81%, partially soluble in organic solvent and water. It was found convergence on the results for degree of phosphonation calculated by thermogravimetric analysis, Rutherford backscattering spectrometry and energy dispersive spectroscopy. PPInd presented chemical and thermal stabilities within the fuel cell operating temperature, passing by typical degradation processes of macromolecules made of phosphonated aromatic structures. The degradation of PPInd and SPInd occurred mainly by cleavage of monomeric units of non-funcionalized indene. Addition of modified polymers PPInd and SPInd resulted in increase of PBI’s ionic conductivity. 10PPInd/PBI blend presented the highest ionic conductivity (0.015 S.cm-1) at 25 oC. The use of phosphonated poly(indene) on PBI membranes enlarges the variety of available polymer electrolyte membranes for medium-temperature fuel cells.

Membranas hidrocarbônicas não fluoradas têm sido desenvolvidas para uso em substituição as membranas fluoradas (Nafion®) em células a combustível de eletrólito polimérico (PEMFC), ou em temperaturas superiores a 80 °C, ou em células com adição direta de álcool. Este trabalho teve como objetivo avaliar o desempenho de membranas hidrocarbônicas catiônicas, desenvolvidas para uso em célula a combustível alimentada com etanol (DEFC), e de camadas de difusão gasosa (GDL – Gas Difusion Layer) e eletrodos (GDE – Gas Difusion electrode) preparados para uso com as mesmas. Duas membranas hidrocarbônicas (E-750 e P-730) da empresa FuMATech®/GR foram avaliadas quanto à capacidade de troca iônica e grau de inchamento em água/etanol, quanto a composição química, morfologia, comportamento térmico e visoelástico e condutividade por impedância. As GDLs foram preparadas a partir de uma emulsão aquosa de Teflon® e pó de carbono Vulcan XC-72R®, com e sem agente emulsificante (resina sulfonada), dispersa em ambas as faces do tecido de carbono pelo método de aspersão. Os GDEs foram preparados pela deposição de emulsão catalítica de diferentes eletrocatalisadores sobre as respectivas GDLs do ânodo e catodo. Os GDEs anódico e catódico foram preparados com 1 mg.cm-2 do eletrocatalisador de PtSn/C 20% (75:15) e de Pt/C (20:80), respectivamente, e caracterizados por MEV-EDS. As características fisico-químicas das membranas hidrocarbônicas foram similares às apresentadas pela membrana Nafion®. O desempenho do protótipo de célula unitária DEFC com as membranas FuMATech® foi inferior ao obtido com a membrana Nafion® usando-se GDE comercial. Por outro lado, ensaios com a membrana Nafion® utilizando-se os eletrodos preparados neste trabalho e eletrodos comerciais apresentaram valores de potencial similares. / Non-fluorinated hydrocarbon cationic membranes have been developed for use instead of Nafion® in Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells (PEMFCs), or at higher temperatures than 80 ºC, or in fuel cells fed with alcohol. The aim of this work was to evaluate the performance of commercial non-fluorinated hydrocarbon cationic membranes with potential use in direct ethanol fuel cell (DEFC), and also evaluate the Gas Difusion Layer (GDL) and Gas Difusion electrode (GDE) prepared for use with them. Two hydrocarbon membranes (E-750 and P-730) produced by FuMATech®/GR were analyzed according to their ion exchange capacity, water uptake in water/alcohol solution, morphology, chemical composition, thermal and viscoelastic behaviour, and conductivity by impedance. The GDLs were prepared by spraying an aqueous emulsion of Vulcan carbon/Teflon®, with and without emulsifier agent (sulfonated hydrocarbon resin), in both sides of a carbon fabric. The electrodes were prepared by the respective deposition of the electrocatalysts emulsions on the cathode and anode GDLs. The anodic and cathodic GDEs were prepared with 1 mg.cm-2 of the electrocatalyst of PtSn/C 20% (75:15) and of Pt/C (20:80), respectively, which were characterized by SEM-EDS. The physicochemical properties of the hydrocarbon membranes were similar to the Nafion® membrane ones. The potential values obtained in a DEFC prototype unit cell with FuMATech® membranes were lower than those with Nafion-117 membrane. On the other hand, the performance of the DEFC prototype with Nafion-117 membrane was the same if used GDEs commercial or here prepared.

Submitted by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2016-05-02T19:10:29Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Luiz Henrique_versão final.pdf: 2601378 bytes, checksum: c42dd329851055be9a8ef4218dced85c (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2016-05-12T17:46:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação_Luiz Henrique_versão final.pdf: 2601378 bytes, checksum: c42dd329851055be9a8ef4218dced85c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-12T17:46:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação_Luiz Henrique_versão final.pdf: 2601378 bytes, checksum: c42dd329851055be9a8ef4218dced85c (MD5) / CNPq / Nos últimos anos, as células a combustível têm atraído cada vez mais atenção, em todo o mundo, por causa da sua habilidade de produzir energia de forma lima e eficiente. Quando alimentados com hidrogênio, esses dispositivos produzem apenas água e não emitem nenhum poluente. Entre os diversos tipos de células a combustível, as células a combustível de membrana de troca protônica (PEMFC) são as mais adequadas para aplicações móveis. Entretanto, o hidrogênio é obtido principalmente através da reforma a vapor do gás natural e, então, contém quantidades baixas de monóxido de carbono (0,5-2,0%), que são suficientes para envenenar os eletrodos de platina das células do tipo PEMFC. Visando a obter catalisadores mais eficientes para essa reação, neste trabalho, foi estudado o efeito do samário nas propriedades de catalisadores baseados em óxidos de cobre e de cério. Os catalisadores baseados em cobre, cério e samário (CuO-Ce1-xSmxO2-x/2), com composições diferentes (x = 0,0; 0,10; 0,20 e 0,50), 25 % em mol de Cu, foram preparados através de precipitação simultânea, utilizando hidróxido de sódio como agente precipitante. As amostras foram caracterizadas por análise química elementar, espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, difração de raios X, medidas de área superficial específica e de porosidade, espectroscopia Raman e redução à temperatura programada. Os catalisadores foram avaliados na oxidação preferencial do monóxido de carbono na faixa de temperatura entre 50 e 250 °C. Observou-se que o samário foi incorporado na rede da céria e que a sua adição não causou variação na área superficial específica dos catalisadores, exceto na amostra contendo o teor mais alto de samário. Além disso, o samário não melhorou a atividade catalítica, um fato que foi associado com a diminuição do teor de cério nos catalisadores, diminuindo a interface entre as partículas de óxido de cobre e óxido de cério, onde ocorre a reação. A adição de dióxido de carbono (10 % mol) ao meio reacional causou uma diminuição da conversão do monóxido de carbono, provavelmente devido ao bloqueio dos sítios; entretanto, a seletividade, não variou. O catalisador mais promissor foi aquele com 20% mol de samário, que mostrou a seletividade a dióxido de carbono mais elevada / In last years, fuel cells have attracted increasing attention worldwide because of their ability in producing efficient and clean energy. When fed with hydrogen, these devices produce only water and emit no pollutant. Among the several kinds of fuel cells, the proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) are especially suitable for mobile applications. However, hydrogen is mainly obtained by steam reforming of natural gas and then contains low amounts of carbon monoxide (0.5-2.0%), which are enough to poison the platinum electrodes of the proton exchange membrane fuel cells (PEMFC). In order to overcome this drawback, the preferential oxidation of carbon monoxide (CO-PROX) in the presence of an excess of hydrogen is an effective way for removing carbon monoxide up to amounts lower than 1 ppm. Aiming to find efficient catalysts for this reaction, the effect of samarium on the properties of catalysts based on copper oxides and cerium was studied in this work. Catalysts based on copper, cerium and samarium (CuO-Ce1-xSmxO2-x/2) with different compositions (x = 0.0, 0.10, 0.20 and 0.50) and 25 mol% Cu were prepared, by simultaneous precipitation using sodium hydroxide as the precipitant. The samples were characterized by elemental chemical analysis, Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction, specific surface area and porosity measurements, Raman spectroscopy and temperature programmed reduction. The catalysts were evaluated in the preferential oxidation of carbon monoxide in the temperature range of 50 to 250 °C. It was observed that samarium was incorporated into ceria lattice and that its addition caused no change in the specific surface area, except for the samarium-richest sample. In addition, samarium did not improve the catalytic activity, a fact that was associated with the decrease of cerium content, decreasing the interface between copper oxide and cerium oxide, where the reaction occurs. The selectivity to carbon dioxide changed due to samarium depending on its amount. The addition of carbon dioxide (10% mole) to the reaction medium caused a decrease in carbon monoxide conversion, probably due to the sites blockage; however, the selectivity did not change. The most promising catalyst was that with 20% mole of samarium, which showed the highest selectivity to carbon dioxide.

Made available in DSpace on 2015-12-10T14:22:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-07-01. Added 1 bitstream(s) on 2015-12-10T14:28:26Z : No. of bitstreams: 1 000851931.pdf: 1504982 bytes, checksum: ae2ff5e485af4de839c5f30da069c883 (MD5) / A busca por fontes alternativas de geração de energia, menos agressivas ao meio ambiente e a base de combustíveis renováveis tem despertado grande interesse na comunidade científica. A utilização de células a combustível têm então ganhado espaço. A célula a combustível de óxido sólido SOFC destaca-se principalmente para fins estacionários, pois apresenta uma alta eficiência elétrica, por possibilitar o aproveitamento do calor liberado durante seu funcionamento e também pela capacidade de utilizar uma vasta gama de combustíveis. A produção do biogás através de resíduos para a geração de energia está consolidada em muitos países do mundo e inúmeros são os ganhos ecológicos da utilização deste. Nesta dissertação foi analisada a associação de célula a combustível de óxido sólido com um reformador a vapor de biogás. Através da reforma um gás de síntese (rico em hidrogênio) é obtido e encaminhado para a célula a combustível; uma câmara de combustão permite queimar o hidrogênio que não reagiu na célula e um recuperador de ar recicla parte do ar que não foi consumido na célula. Trocadores de calor também são utilizados para reaproveitar a energia contida nos gases de exaustão no processo e para a produção simultânea de água quente. A fim de avaliar a atratividade deste sistema foram realizadas análises de desempenho segundo as Leis da Termodinâmica, seguida de estudo econômico, baseada nas correntes de energia do sistema de cogeração. Em etapa final foi realizada a quantificação das emissões de poluentes do sistema, buscando a determinação do dióxido de carbono equivalente, do indicador de poluição e da eficiência ecológica do processo. Conclui-se que o sistema de cogeração proposto é uma opção interessante para geração de energia, apresentando bom desempenho energético e ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / The search for alternative sources of power generation, less harmful to the environment using renewable fuels has aroused great interest in the scientific community. The use of fuel cells has gained ground then. The Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) stands out especially for stationary purposes; it presents a high electrical efficiency by enabling use of the heat released during operation and also by the capacity to use a wide range of fuels. The production of biogas through waste to power generation is established in many countries of the world and there are many ecological gains in this use. This dissertation analyzed the association between a solid oxide fuel cell with a biogas steam reformer. By reforming a synthesis gas (hydrogen-rich) is obtained and sent to the fuel cell; a combustion chamber allows to burn hydrogen unreacted in the cell and an air recuperator recycles part of the air that has not been consumed in the cell. Heat exchangers are also used for recovering the energy contained in the exhaust gases in the process and the simultaneous production of hot water. In order to evaluate the attractiveness of this system performance analyzes were conducted according to the Laws of Thermodynamics, then a economic study was performed based on energy currents of the cogeneration system. In the final step, the quantification of system pollutant emissions is made, seeking the determination of carbon dioxide equivalent, pollution indicator and ecological efficiency. It is concluded that the proposed cogeneration system is an interesting option for energy production, with good energy and exergetic performance. Regarding economic aspects, the payback period was considered high, since it is a residential system; this scenario should change, the trend that the compact SOFC reach a lower value with the spread of its use, by increasing the production volume of these. ... (Complete abstract click electronic access below)

The main concern of this dissertation is the establishment of experimental bases for the project, automation, and installation of a micro-power plant for electric power generation based on PEM fuel cell stacks (BCS Technology). The plant operates automatically, and its control is accomplished by a microcontroller acting directly in the temperature, in the humidity of the membrane, in the amount of reaction air, in the monitoring of the individual voltage of each cell and in the attempt of recovery of a possibly problematic cell. For control operation special auxiliary mechanisms are necessary to avoid dangerous conditions to the stack. The making of the prototype is of low cost and easily found items in national market access have been intended. Special controlled atmospheres were also designed and built to shelter the stack and obtain safety operation when the stack is on. Therefore, the work tries to find the theoretical and experimental bases for a static power plant implementation based on fuel cell systems. / O tema principal desta dissertação é o estabelecimento de bases experimentais para o projeto, automação e a instalação de uma microcentral de geração de energia elétrica com pilhas de células de combustível do tipo PEM (BCS Technology). Esta central deve operar automaticamente, comandada por microcontrolador que atua diretamente na temperatura, na umidade da membrana, na quantidade de ar de reação, no monitoramento da tensão individual de cada célula e na tentativa da recuperação de células problemáticas. Para que este controle atue são necessários mecanismos auxiliares especiais de forma a não causarem danos às células. Na confecção do protótipo procurou-se especificar dispositivos de baixo custo e de fácil disponibilidade no mercado nacional. Locais especiais também foram projetados e construídos para abrigar a pilha quando em operação de forma a garantir o máximo de segurança. Portanto, este trabalho busca fornecer bases teóricas e experimentais para a implementação de uma central estacionária de geração com pilhas de células de combustível.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:41Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-03-15Bitstream added on 2014-06-13T19:05:51Z : No. of bitstreams: 1 delcarlo_fr_dr_guara.pdf: 631762 bytes, checksum: 5276c4d08ffccec04ea448af7a38df27 (MD5) / 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... / 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)

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-12-21Bitstream added on 2014-06-13T20:29:10Z : No. of bitstreams: 1 melo_ga_me_ilha.pdf: 6893159 bytes, checksum: a70518b6cdac1869ab5705bc69904150 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta o desenvolvimento e implementação de um emulador para a característica estática de saída (Tensão versus Corrente) equivalente àquela de fontes de energia com células combustível. O emulador apresenta como vantagens, em relação à aquisição de uma FC, o baixo custo, o reduzido espaço físico e a flexibilidade via software para a implementação de diversas características baseadas em diferentes tipos de células combustível. Neste sentido, o emulador proposto permite a realização de ensaios preliminares durante a fase de projeto e os testes dinâmicos dos subsistemas de condicionamento de energia, sem a necessidade do acoplamento com o sistema de geração à células combustível, reduzindo-se os custos associados a estes testes laboratoriais. O emulador proposto consiste em um conversor Buck isolado Full-Bridge, com potência de saída de 2kW e alimentação via barramento de 400VCC, permitindo a emulação da característica nominal de saída de um conjunto de células tipo PEM (Proton Exchange Membrane - Membrana de Troca Protônica), em uma faixa de tensão de saída variando entre 32VCC e 72VCC, dependendo da corrente drenada pela carga. O circuito principal de controle é realizado através... / This work presents a design and implementation of an emulator to the static output characteristic (Voltage versus Current) that is similar to Fuel Cell generators. There are many advantages on using the Fuel Cell emulator. The emulator is cheaper, smaller and more flexible than the real Fuel Cell systems, because it is possible to emulate different characteristics through the use of a computer. In this context, a Fuel Cell emulator is proposed in this work in order to allow laboratory testes in the power conditioning system during its design and development stage. The proposed emulator is an insulated Full-Bridge converter with Buck operation, 2kW output power and 400VCC input voltage. This emulator achieves the output characteristic of a PEM (Proton Exchange Membrane) Fuel Cell stack with output voltage range of 32VCC to 72VCC, depending on the output current. The main control circuit is based on FPGA (Field Programmable Gate Array) and VHDL (Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language) language. The experimental results demonstrate that the proposed emulator achieves the output static characteristic of the PEMFC Fuel Cell System and this output characteristic can be easily modified in order to obtain another desirable static... (Complete abstract click electronic access below)

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3068.pdf: 16799455 bytes, checksum: daa1d5e4f0ea4fc23c10c2805d9d2e23 (MD5) Previous issue date: 2009-09-03 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this work it was investigated bi-layer electrolytes prepared by the tape casting technique. These electrolytes were composed of one layer of 10 mol% gadolinia doped ceria (CDG) and another one of 8 mol% yttria-stabilized zirconia (ZEI -8). CDG tapes were prepared with powder from Fuel Cell Materials (FCM) and powder obtained by oxide mixing. ZEI-8 tapes were prepared with powder from Tosoh Corporation. In the first step, CDG and ZEI-8 tapes were prepared and dense plates were obtained after sintering. Sintered plates were characterized by impedance spectroscopy and scanning electron microscopy (SEM). At 350°C, the highest electrical conductivity of CDG samples prepared with powder obtained by oxide mixing and sintered at 1600 °C was 3.37 x10-4 S.cm-1 and with FCM powder sintered at 1500 °C was 4.33 x10-4 S.cm-1. At the same temperature, ZEI-8 samples sintered at 1600 °C showed 9.6 x10-5 S.cm-1, which agrees with literature results. CDG/ZEI-8 bilayers plates were prepared either by lamination or by double tape casting, followed by sintering at 1600 °C/2 h. Sintered bi-layers prepared by double tape casting were characterized by impedance spectroscopy. Electrical conductivity at 350 °C was 8.82 x10-5 S.cm-1, three times lower than CDG mono layer (3.37 x10-4 S.cm-1) due to high resistivity of CGD/ZEI-8 interface. The bi-layers SEM analysis showed that layers thickness of CDG and ZEI-8, were 140 μm and 24 μm respectively. The adherence between CDG and ZEI-8 layers was attributed to secondary phase in the interface which was responsible for high resistivity of the CGD/ZEI-8 interface. / Neste trabalho foi investigada a obtenção de eletrólitos bicamadas a partir da técnica de colagem de fitas. Esses eletrólitos foram compostos por uma camada de céria dopada com 10% mol de gadolínia (CDG) e outra de zircônia estabilizada com 8% mol de ítria (ZEI-8). Fitas de CDG foram preparadas com pó da Fuel Cell Materials (FCM) e pó obtido por mistura de óxidos. Fitas de ZEI-8 foram obtidas a partir de pó da Tosoh Corporation. Na primeira etapa do trabalho foram obtidas fitas individuais que, após sinterização resultaram em placas densas de CDG e de ZEI-8. Essas placas foram caracterizadas por espectroscopia de impedância e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A 350 °C, a máxima condutividade elétrica de placa CDG preparada com pó obtido por mistura de óxidos foi 3,37x10-4 S.cm-1 e com pó FCM foi 4,33x10-4 S.cm-1, para placas sinterizadas a 1600 e 1500 °C, respectivamente. Para ZEI-8, a 350 °C, a condutividade elétrica máxima obtida foi 9,6x10-5 S.cm-1, em placas sinterizadas a 1600 °C, cujo valor está em acordo com a literatura. Placas bicamadas CDG/ZEI-8 foram preparadas de duas maneiras, por laminação de fitas e por dupla colagem e sinterizadas a 1600 °C/2 h. As placas produzidas por dupla colagem foram caracterizadas por espectroscopia de impedância e, a 350 °C, a condutividade foi 8,82x10-5 S.cm- 1, mais de três vezes menor que a da placa mono camada CDG (3,21x10-4 S.cm-1), devido à característica resistiva da interface estabelecida entre CDG e ZEI-8 durante a sinterização. Análise das placas bicamadas por MEV mostrou que as espessuras de CDG e de ZEI-8 foram 140 e 24 μm, respectivamente. A adesão entre as camadas de CDC e ZEI-8 foi atribuída à formação de segunda fase na interface que foi responsável pela característica resistiva da interface.