Desenvolvimento de eletrocatalisador de PdCu/C para uso em ânodos de célula a combustível de hidrazina

Trabalho de conclusão de curso (graduação)—Universidade de Brasília, [Instituto de Química], 2017.O estudo de celulas a combustivel surgiu com a necessidade de novos recursos de energia e de tecnologias tendo em vista a atual escassez dos recursos energeticos. Uma celula a combustivel e basicamente um dispositivo de conversao de energia quimica em energia eletrica de forma direta, tendo uma vasta aplicacao. As celulas que utilizam PEMFC – Próton Exchange Membrane Fuel Cell, sao as que apresentam maior densidade de potencia e tambem fazem parte da classe das celulas que tem uma baixa faixa de temperatura para sua operacao. Uma celula a combustivel geralmente utiliza como combustivel o hidrogenio. A hidrazina e um liquido combustivel que ja vem sendo estudado em celulas a combustivel de baixas temperaturas como alternativa ao uso do hidrogenio, possuindo varios pontos positivos a seu favor: i) em sua eletro-oxidacao nao ha producao de CO2, e ii) nao ter producao de espécies que envenenam os eletro-catalisadores atraves de uma forte adsorcao superficial. Devido a baixa faixa de temperatura de operacao, e necessario o uso de eletrocatalisadores, podendo ser formados por Au, Pt, Pd Ag e tendo como base o Cu. Foram sintetizados catalisadores com tres tipos diferentes de proporcao metalica Pd/Cu, sendo todos com uma porcentagem de metal de 20% e 80% carbono. Depois de prontos, foram feitas as caracterizacoes por DRX e avaliacao da composicao. A seguinte etapa foi executada mediante a montagem de um esquema de celula a combustivel. Apos a montagem foi testado o desempenho da celula com ajuda de um potenciostato/galvanostato disponivel na Central Analitica do Instituto de Quimica, e um sistema experimental desenvolvido no Laboratorio de Desenvolvimento de Processos Quimicos. O objetivo geral do presente trabalho e executar o projeto de uma celula combustivel e testar seu desempenho com os catalisadores de paladio (Pd), em variadas proporcoes da liga metalica com cobre (Cu) sintetizados para o estudo. Em virtude disso tendo como resultados mais significativos, temos em destaque a sintese dos eletrocatalisadores, sua caracterização fisico-quimica, e a demonstracao da proporcao Pd/Cu mais adequada para o Maximo desempenho da celula.The study of fuel cells came up with a need for new energy sources and technologies in view of the current scarcity of energy resources. A fuel cell is basically a device of conversion of chemical energy into electricity directly, having a wide application. Fuel cells that use PEMFC - Proton Exchange Membrane Fuel Cell, have a higher power density and are also part of the class of cells that have a low temperature range for their operation. A fuel cell usually uses hydrogen as fuel. Hydrazine is a liquid fuel that is under study in cells with low temperature as an alternative to the utilization of hydrogen, having several positive points to its advantage: i) in its electro-oxidation, there is no CO2 production, and ii) no production of species that poison the electro-catalysts through a strong surface adsorption. Due to the low operating temperature range, it is necessary to use electrocatalysts. These catalysts can be formed by Au, Pt, Pd Ag all based on Cu. Catalysts with three different proportions of the Pd/Cu metal were synthesized, all with a metallic percentage of 20% and 80% of carbon. Once prepared, some characterizations were made by XRD and EDX. The next step was the setup of a fuel cell scheme. The cell performance was tested with aid of a potentiostat/galvanostat available at the Analytical Center of the Institute of Chemistry (CAIQ-UnB), and an experimental system developed at the Laboratory of Chemical Process Development. The general goal of the present project is to perform the design of a fuel cell and test its performance with the palladium (Pd) catalysts, in various proportions with copper (Cu). Due to this, the most significant results are the synthesis of the electrocatalysts, their physico-chemical characterization and the analysis of the most adequate Pd/Cu ratio in order to maximize the electrochemical performance