Deposição de carbono em MCF para uso como suporte catalítico na aplicação em células a combustível

Trabalho de Conclusão de Curso (graduação)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, 2019.A demanda de energia elétrica no mundo tende a aumentar a cada ano, e, com isso, a preocupação sobre o uso demasiado de combustíveis fósseis. Existem alternativas de geração eficiente de energia elétrica com baixo impacto ambiental, as chamadas células a combustível, que são dispositivos capazes de converter energia química em energia elétrica, por meio de reações eletroquímicas. Essa conversão é realizada por meio de um combustível, no caso, o hidrogênio. O presente estudo teve como objetivo a produção de células a combustível de membrana trocadora de prótons utilizando como suporte o grafeno impregnado com a platina em um material resistivo conhecido como espuma mesocelular (MCF), pois o grafeno é um material condutor e a platina é um ótimo eletrocatalisador. As sínteses de formação de grafeno foram realizadas através do método de deposição química de vapor na MCF impregnada com um suporte metálico, necessário para a deposição de carbono. Em seguida, foi feita a impregnação do material condutor em camadas difusoras que atuam como ânodo e cátodo em células a combustível, para posteriormente serem testadas. As amostras foram caracterizadas por espectroscopia Raman, difração de Raios X e análise de carbono e hidrogênio por combustão (CHN). Os resultados demonstraram que não houve formação de grafeno, e sim de carbono amorfo, que possui condutividade elétrica suficiente para a célula a combustível funcionar. O teste em célula da amostra Pt-Gra-Cu/MCF obteve melhor desempenho em comparação ao teste em célula da amostra Gra-Pt/MCF, devido à maior quantidade de carbonos sp2, responsáveis pela mobilidade de elétrons, gerando energia elétrica através da densidade de potência. Os valores obtidos foram inferiores aos encontrados na literatura devido ao possível recobrimento do catalisador ou à baixa condutividade elétrica do carbono amorfo impregnado na MCF em comparação ao grafeno ou ao carbono amorfo puro (Vulcan® XC72) utilizado em células comerciais.The demand of energy in the world tends to increase each year, and as a result, the concern about the overuse of fossil fuels. There are alternatives for efficient energy generation with low environmental impact, called fuel cells, devices capable of converting chemical energy into electrical energy through electrochemical reactions. This conversion is performed by a fuel, hydrogen in this case. The objective of the present study is to produce a proton exchange membrane fuel cells using graphene impregnated with platinum in a resistive material known as mesocellular foam (MCF), because graphene is a conductive material and platinum is an excellent electrocatalyst. The synthesis of graphene formation was performed by chemical vapour deposition in impregnated MCF with metal support, which is necessary for the carbon deposition. Then, the conductive material was impregnated in diffusive layers that act as anode and cathode in fuel cells, for later testing. The samples were characterized by Raman spectroscopy, X Ray diffraction and carbon and hydrogen analysis by combustion (CHN). The results showed that there was no formation of graphene, but amorphous carbon, which has sufficient electrical conductivity for the fuel cell to work. The test of the sample Pt-Gra-Cu/MCF had better performance compared to the sample Gra-Pt/MCF, due to the higher amount of sp2 carbons, which are responsible for electron mobility, generating electrical energy through the power density. The results was lower than those found in the literature, due to the possible catalyst cover or to the low electrical conductivity of amorphous carbon over the MCF compared to graphene or pure amorphous carbon (Vulcan® XC72) used in commercial cells