Made available in DSpace on 2014-10-09T12:49:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:00:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09831.pdf: 4253435 bytes, checksum: c758abc7c04ca544bdc0f231316160f0 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:33:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:00Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:26:25Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:53:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:09:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 12641.pdf: 5742514 bytes, checksum: 8dbb5287cf99fe54ebb95b5b3406a880 (MD5) / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:49:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:00:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09831.pdf: 4253435 bytes, checksum: c758abc7c04ca544bdc0f231316160f0 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:33:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:00Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O uso do hidrogênio produzido pela água como vetor energético pode ser uma das soluções encontradas para evitar emissões de poluentes por ser uma energia limpa e renovável. Produzir o hidrogênio por intermédio de uma célula eletrolítica a membrana trocadora de prótons (PEMEC) é uma alternativa vantajosa, pois a forma sólida da membrana garante uma densidade de corrente elétrica maior comparada à eletrólise alcalina convencional, além de outras vantagens, como por exemplo, a relativa facilidade para manutenção. Os estudos presentes neste trabalho partiram da configuração de uma célula a combustível a membrana trocadora de prótons (PEMFC), entretanto, os dois tipos de células necessitam de materiais e catalisadores diferentes. Testes revelaram que placas bipolares de grafite da PEMEC não podem ser usadas, tampouco as de grafite cobertas com níquel devido à forte corrosão ocorrida na região anódica. A eletrólise por uma PEMEC é possível, no entanto, a escolha de materiais para a região anódica define a confiabilidade do método. Os aços inoxidáveis da série 3XX apresentaram os melhores resultados com níveis comerciais de produção de 75 a 85 mL.cm-2.min-1 de H2 em temperatura ambiente, com potencial de -1,9 V. Fizeram-se experimentos em PEMEC de aço AISI 310 que mostraram bom desempenho, mas ocorrendo corrosões e inviabilizando a continuidade do processo após 6h de operação. Análise por espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) na PEMEC desse aço foi feita para se estudar o aumento resistivo dos componentes da célula ao longo de uma sequência de eventos em um processo corrosivo do ânodo. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:26:25Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Os eletrocatalisadores PtRh/C, PtRu/C, PtSn/C, PtRuRh/C e PtSnRh/C (20% em massa de metais) foram preparados pelo método da redução por álcool usando H2PtCl6.6H2O (Aldrich), RhCl3.xH2O (Aldrich) e SnCl2.2H2O (Aldrich) como fonte de metais e o carbono Vulcan XC-72 como suporte. Os eletrocatalisadores foram caracterizados pelas técnicas de EDX, difração de raios X e voltametria cíclica. A eletro-oxidação do metanol e do etanol foram estudadas através das técnicas de voltametria cíclica, cronoamperometria e curvas de polarização obtidas em células a combustível unitárias alimentadas diretamente por metanol ou etanol. As análises por EDX mostraram que as razões atômicas dos diferentes eletrocatalisadores preparados pelo método da redução do álcool são bastante similares às composições nominais de partida. Em todos os difratogramas para os eletrocatalisadores preparados observa-se um pico largo em aproximadamente 2 = 25o o qual é associado ao suporte de carbono e quatro outros picos de difração em aproximadamente 2 = 40o, 47o, 67o e 82o os quais são associados aos planos (111), (200), (220) e (311), respectivamente, da estrutura cúbica de face centrada (CFC) de platina e ligas de platina. PtSn/C e PtSnRh/C além da estrutura cúbica de face centrada apresentaram também fases de óxidos de estanho em 2 = 34o. PtSn/C e PtSnRh/C apresentaram os melhores resultados para o etanol a temperatura ambiente, enquanto que para a eletro-oxidação do metanol os sistemas PtRu/C, PtSn/C e PtRuRh/C apresentaram os melhores resultados. Os testes em células a combustível para o etanol mostraram que o sistema PtSnRh/C foi mais ativo em relação ao sistema PtSn/C. No caso do metanol PtRuRh/C apresenta um desempenho ligeiramente superior ao sistema PtRu/C e PtSn/C. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:53:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:09:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 12641.pdf: 5742514 bytes, checksum: 8dbb5287cf99fe54ebb95b5b3406a880 (MD5) / A fabricação e a caracterização de eletrólitos compósitos Nafion - TiO2, e seu uso em células PEM (Proton Exchange Membrane) operando em temperaturas elevadas (~ 130 ºC) foram estudados. A operação em altas temperaturas da célula PEM traz benefícios, como o aumento da cinética das reações eletródicas, o aumento da cinética de transporte difusional nos eletrodos e o aumento da tolerância da célula ao contaminante monóxido de carbono. O Nafion ®, eletrólito polimérico comumente empregado em células PEM, possui condutividade elétrica dependente da quantidade de água contida em sua estrutura. Desta forma, o aumento da temperatura de operação da célula acima de 100 ºC causa a desidratação do polímero diminuindo acentuadamente sua condutividade elétrica. Para aumentar o desempenho dos eletrólitos operando em altas temperaturas, eletrólitos compósitos (Nafion-TiO2) foram preparados pelo método de conformação por evaporação em molde. A adição de partículas higroscópicas de titânia (TiO2) na matriz polimérica visa melhorar as condições de umidificação do eletrólito em temperaturas elevadas. Três tipos de partículas de titânia com diferentes áreas de superfície específica e formas distintas foram investigados. Compósitos à base de Nafion com adição de 2,5 a 15% em massa de partículas de titânia com forma aproximadamente esférica e com área de superfície específica de até ~115 m2g-1 apresentaram maiores valores da temperatura de transição vítrea do que o polímero. Este aumento melhora a estabilidade do eletrólito durante a operação de células a combustível PEM em 130 ºC. Os compósitos formados a partir da adição de nanotubos derivados de titânia apresentaram pronunciado ganho de desempenho e maior estabilidade térmica em operação de células acima de 100 ºC. Neste caso, a elevada área superficial e a forma dos nanotubos de titânia contribuíram significativamente para o aumento da absorção e da retenção de água do compósito. Por outro lado, as curvas de polarização mostraram um aumento na polarização por queda ôhmica com o aumento da concentração das partículas cerâmicas adicionadas. A morfologia do polímero não foi alterada com a adição de partículas inorgânicas, portanto, o desempenho dos compósitos reflete uma competição entre a adição de uma fase isolante, que diminui a condutividade elétrica, e o aumento da estabilidade térmica ou da retenção de água do compósito. Os eletrólitos compósitos testados provaram serem promissores na aplicação em células PEM em temperaturas acima de 100 ºC. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

No description available.

Fuel cells have long been seen as an alternative to combustion powered and diesel powered engines and turbines. Production of energy via a fuel cell conversion method can generate up to 60% efficiency in comparison to 30% using a combustion powered engine, with low co-production of harmful side-products. The polymer electrolyte membrane (PEM) adapted for the fuel cell application is one of the main components that determines the overall efficiency. This research project was focused towards novel PEMs, such as sulfonated poly(etheretherketone) or SPEEK, which are cost-efficient and robust with high proton conductivities under hydrated conditions. The degree of sulfonation (DS) of a particular SPEEK polymer determines the proton conducting ability, as well as the long term durability. For SPEEK with high DS, the proton conduction is facile, but the mechanical stability of the polymer decreases almost proportionally. While low DS SPEEK does not have sufficient sulfonic acid density for fast proton conduction in the membrane, the membrane keeps its mechanical integrity under fully saturated conditions. The main purpose of this work was to address both issues encountered with SPEEK sulfonated to low and high DS. The addition of both solid acids and synthetic cross-links were studied to address the main downfalls of the respective SPEEK polymers. Optimization of these techniques led to increased understanding of PEMs and notably better electrochemical performance of these fuel cell materials. Oxo-acids such as tungsten (VI) oxide (WO3) and phosphotungstic acid (PTA) have been identified as candidate materials for creating SPEEK composite membranes. The chemistry of these oxo-acids is well known, with their use as highly acidic catalyst iv centers adopted for countless homogeneous and heterogeneous, organic and inorganic reactions. Uniform dispersion of WO3 hydrate in SPEEK solution was done by a sol-gel process in which the filler particles were grown in an ionomer solution, cast and allowed to dry. PTA composites were made by adding the solid acid directly to a solution of the ionomer and casting. The latter casting was allowed to dry and Cs+ - exchanged to stabilize the PTA from dissolution and leaching from the membrane. The chemical and physical properties of these membranes were characterized and evaluated using mainly conductometric and X-ray photoelectron spectroscopic methods. Composite SPEEK/ PTA membranes showed a 50% decrease in PEM resistance under hydrogen fuel cell testing conditions, while SPEEK/ WO3 composites demonstrated a ten-fold increase in the membrane's in-plane proton conductivity. The chemical and physical properties of these composites changed with respect to their synthesis and fabrication procedures. This study will expound upon their relations.