Síntese de membranas catiônicas com diferentes agentes de reticulação para aplicação em células a combustível

A ciência vem buscando novas fontes de energias renováveis com o intuito de diminuir a emissão de gases de efeito estufa, diretamente relacionados à dependência dos combustíveis fósseis. Uma dessas buscas gerou como alternativa as células a combustíveis que possuem grandes vantagens, comparadas a outras fontes de energias. São fontes promissoras com alto rendimento energético e baixa geração de poluentes. Como forma de avanço e melhoria da tecnologia das células combustíveis, neste trabalho são apresentados os resultados da síntese e caracterização de membranas catiônicas hidrocarbônicas e suas aplicações em células a combustível do tipo membrana polimérica trocadora de prótons (PEMFC). Para tanto foram preparadas duas membranas semi-interpenetrantes a base de poli (álcool vinílico) (PVA) com diferentes agentes de reticulação, uma com o ácido cítrico (ACIT) e outra com o ácido sulfosuccínico (SSA), com a finalidade de comparação com uma membrana ideal já conhecida no mercado, foi usada a Nafion. As propriedades e o desempenho desses filmes foram avaliados por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), determinação do grau de inchamento, capacidade de troca iônica (IEC), análise termogravimétrica (TGA) espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS), e para avaliar a performance eletroquímica dos protótipos da célula foram feitas as curvas de polarização. Os espectros de FTIR confirmaram a reação de reticulação via esterificação. Na caracterização por TGA as membranas apresentaram resistência térmica superior ao PVA. Os valores IEC ficaram basicamente inalterados. Entretanto, houve significativa variação no grau de inchamento entre esses filmes, em razão do caráter ácido dos grupos hidrofílicos sulfônicos (-SO3H) que possuem forte influência como catalisador nas reações de esterificação das membranas, e reações de reticulação. Já o ácido cítrico apontou menor atuação catalítica sobre a reação de reticulação, visto que, este apresenta grupo hidrofílico carboxílico (-COOH). Com relação às análises de EIS a membrana com ACIT apresentou valores de resistência superiores quando comparadas com as demais, fato que pode ser relacionado também com a ausência dos grupos ionizáveis. Pelos diagramas de Nyquist foi possível associar os fenômenos de interação eletrodo/membrana a circuitos equivalentes. As membranas foram testadas em protótipo de célula a combustível com hidrogênio e oxigênio puro e revelaram eficientes propriedades para possíveis aplicações em PEMFCScience has been looking for new sources of renewable energy in order to preserve the lifetime of fossil reserves, collaborating to improve the quality of life. One of these searches generated as an alternative the Fuel Cell that have great advantages, compared to other sources of energy. They are promising sources with high-energy efficiency and low generation of pollutants. As a way of advancing and improving the technology of proton exchanger cell cells (PEMFC). For this purpose, two semi-interpenetrating membranes based on poly (vinyl alcohol) (PVA) with different crosslinking agents were prepared in order to compare with an ideal membrane already known on the market, Nafion was used. The properties and performance of these films were evaluated by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), determination of the degree of swelling, ion exchange capacity (IEC), thermogravimetric analysis (TGA), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and for evaluate the electrochemical performance of the prototypes of the cell prototypes used the polarization curves. The spectra (FTIR), confirmed the crosslinking reaction via esterification. In the characterization by TGA, the membranes presented thermal resistance superior to PVA. The IEC values were basically unchanged, values very close to each other, however, there was a significant variation in the degree of swelling between these films, due to the acidic character of the hydrophilic sulfonic groups (-SO3H) that have a strong influence as a catalyst in the membrane esterification and crosslinking reactions. Citric acid showed less catalytic action on the crosslinking reaction, since it has a hydrophilic carboxylic group (-COOH). From the EIS analysis, the ACIT membrane showed higher resistance values when compared to the others, a fact that can also be related to the absence of ionizable groups. Through the Nyquist diagrams it was possible to associate the electrode/membrane interaction phenomena to equivalent circuits. The membranes were tested in a prototype fuel cell with hydrogen and pure oxygen and revealed efficient properties for possible applications in PEMFC55 p