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Previous issue date: 2007-01-26 / Em c?lulas a combust?vel de eletr?lito polim?rico s?lido, o principal componente ? o conjunto membrana/eletrodos (MEA). A camada difusora ? um dos constituintes do MEA, sendo um material comp?sito constitu?do de p? de carbono ao qual ? adicionado politetrafluoretileno (PTFE) para aumentar sua hidrofobicidade, caracter?stica fundamental para controlar o transporte de ?gua no sistema. Sobre a camada difusora ? depositada a camada catal?tica formada por platina suportada em carbono, ? qual ? adicionada uma solu??o de Nafion (marca registrada). Essas camadas apresentam superf?cies uniforme, rugosas e porosas, dificultando suas caracteriza??es. O objetivo deste trabalho foi implementar metodologias de caracteriza??o dessas camadas, visando ? determina??o da molhabilidade, morfologia e porosidade, bem como a otimiza??o de par?metros de fabrica??o do conjunto membrana/eletrodo (MEA). Os MEAs produzidos foram testados em prot?tipo de c?lulas a combust?vel constru?dos na PUCRS. Para a determina??o da molhabilidade das superf?cies foram medidos os ?ngulos de contato pelo m?todo da gota, utilizando um sistema composto por microsc?pio ?tico acoplado a uma c?mara de v?deo. Foram medidos os ?ngulos de avan?o (TETAa) e recuo (TETAr) e atrav?s dessas medidas foram estimados a histerese (DELTA TETA = TETAa - TETAr) e o ?ngulo de equil?brio (TETAe). Na caracteriza??o da morfologia das camadas e substratos foram utilizadas Microscopia Eletr?nica de Varredura (MEV) e Espectroscopia por Dispers?o de Energia (EDS). Para determinar a porosidade das camadas difusoras e catal?ticas, foram realizados testes baseados no m?todo da impregna??o e medida dos volumes de ?gua para preenchimento dos poros hidrof?licos, e heptano para poros hidrof?licos e hidrof?bicos. Foram constru?dos tr?s MEAs atrav?s de processos otimizados envolvendo quantidade dos constituintes (p? de carbono e PTFE), tipo de substrato (papel e tecido de carbono), limpeza dos materiais e tratamento t?rmico. O desempenho dos MEAs foram testados quanto ? pot?ncia gerada os resultados obtidos comparados com MEA comerciais. Atrav?s do estudo da morfologia evidenciou-se que a incorpora??o do PTFE ao p? de carbono ? uma etapa cr?tica na produ??o das camadas difusoras. Um bom compromisso entre um recobrimento adequado e uma menor rugosidade ? obtido com teores intermedi?rios de PTFE (20%). Constatou-se tamb?m que temperaturas maiores que 330?C n?o s?o indicadas para os tratamentos t?rmicos e que a deposi??o por pulveriza??o n?o forma camadas totalmente uniformes. Na determina??o da porosidade observaram-se resultados compat?veis com os encontrados na literatura para os substratos n?o impregnados. Para os substratos impregnados com comp?sitos, os resultados apresentaram uma maior variabilidade, em especial para os comp?sitos depositados sobre papel de carbono. Em geral, o aumento do teor de PTFE diminui a porosidade total e aumenta o percentual de poros hidrof?bicos para ambos substratos com pequenas discrep?ncias para o papel de carbono devido, provavelmente a maior incerteza por dificuldades apresentadas nas medidas das an?lises efetuadas sobre esse substrato. Na determina??o da hidrofobicidade os resultados apresentaram boa precis?o, em especial para os comp?sitos depositados sobre tecido de carbono. Os valores obtidos dos ?ngulos de contato da camada catal?tica foram menores do que os resultantes da deposi??o da camada difusora devido, possivelmente ? presen?a de Nafion, que por possuir um car?ter hidrof?lico, minimiza as propriedades hidrof?bicas do comp?sito. Esses resultados confirmaram a complexidade dessas camadas bem como o car?ter hidrof?bico do PTFE e hidrof?lico do p? de carbono. Os testes de efici?ncia mostraram que o MEA de melhor desempenho foi o constru?do sobre substrato de papel de carbono. Fazendo uma compara??o entre os conjuntos produzidos em tecido de carbono, o que apresentou melhor desempenho continha maior concentra??o de catalisador.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede2.pucrs.br:tede/3283 |
| Date | 26 January 2007 |
| Creators | Ramos, Cenira Zanirati |
| Contributors | Pires, Mar?al Jos? Rodrigues |
| Publisher | Pontif?cia Universidade Cat?lica do Rio Grande do Sul, Programa de P?s-Gradua??o em Engenharia e Tecnologia de Materiais, PUCRS, BR, Faculdade de Engenharia |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS, instname:Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, instacron:PUC_RS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | -7432719344215120122, 500, 600, -655770572761439785 |
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