65ª Reunião Anual da SBPC

A. Ciências Exatas e da Terra - 4. Química - 8. Química

Compósitos poliméricos dopados com líquido iônicos como membranas de condução protônica para células combustível.

Gieses Bel Costa Santos - Universidade de Brasilia- UnB Juliano Alexandre Chaker - Prof. Dr./ Orientador- Universidade de Brasilia- UnB Ricardo Bastos Cunha - Prof. Dr./ Co- Orientador- Instituto de Química- UnB

INTRODUÇÃO:

Células combustível tipo membranas poliméricas de condução protônica (PEMFC) tem atraído bastante atenção do meio científico e empresarial pela grande eficiência na conversão de energia, emissão zero de poluentes e a baixa temperatura de operação. Uma das limitações atuais das PEMFC, que utilizam a membrana comercial Nafion da DuPont, é a pobre retenção da hidratação em temperaturas superiores a 80°C. O ideal seria que as membranas das células combustível tipo PEM fossem capazes de reter a umidade acima de 100°C. O aumento da temperatura de operação da célula contribui para a diminuição da quantidade de platina como catalisador, diminuindo assim os custos de produção. Líquidos iônicos (LIs) estão atraindo interesse como alternativa do eletrólito em diversas tecnologias emergentes, como aplicada em células a combustível.

OBJETIVO DO TRABALHO:

O presente trabalho visa a obtenção membrana híbrida composta de matriz orgânica inorgânica reticulada contendo LIs em seus interstícios.

MÉTODOS:

A metodologia de preparo envolveu: i) Preparo do mesoporoso (MCM): O óxido de silício mesoporoso foi obtido por um procedimento adaptado de autores. Neste procedimento um alcoóxido de silício (tetraetoxietiortosilicato – TEOS) sofre uma reação hidrotérmica na presença de brometo de cetiltrimetilamonio (CTAB) e ácido clorídrico (HCl) como catalisador. A razões molares de HCl:TEOS:água foi mantida constante e igual a 1,0:12,3:123. O produto final foi filtrado e lavado duas vezes com água destilada. A fim de se obter diferentes porosidades foram testadas as razões molares CTAB:TEOS de 0,12; 0,3 e 0,7. ii) Preparo do compósito mesoporoso-Nafion: Partindo de 0,0025 mols de mesoporoso adicionou-se 0,5 ml de LI formado por trietilamina (TEA) e ácido trifluormetasulfônico (TFMS). Adicionou-se a suspensão formada em 1,5 ml de Nafion líquido. A membrana obtida foi deixada em estuda à 120C por 24 horas. Variou-se a quantidade de suspensão de MCM-LI adicionado ao Nafion líquido.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

A formação do arranjo mesoporoso, bem como a formação da fase ortorrômbica do SiO2 foram confirmadas por medidas de difração de raios X. A variação da porosidade foi determinada por medidas de adsorção de N2 com raio de poro de 20 Å e área de superficial entre 100 e 130 m2/g variando a CTAB:TEOS utilizada. A presença do surfactante CTAB nos mesoporosos foi confirmada por medidas de infravermelho mesmo após as lavagens. Medidas de calorimetria exploratória diferencial das membranas mostraram um deslocamento da temperatura de fusão do Nafion em função da quantidade de suspensão MCM-LI adicionado. A nanoestrutura formada nas membranas foram estudadas por medidas de espalhamento de raios X à baixo ângulo e mostraram agregados iônicos esféricos de 40 Å interconectados por canais como uma estrutura de rede de agregados. A dopagem com MCM-LI no Nafion resultou no desaparecimento da estrutura em rede indicando que as nanopartículas estão situadas preferencialmente junto aos agregados iônicos.

CONCLUSÕES:

Foram obtidas novas membranas compósitas de condução protônica constituídas de uma matriz de Nafion com nanopartículas contendo LI em seus mesoporos. Foi verificado que as condições de síntese do mesoporoso, permite ajustar a área superficial da nanopartícula mesoporosa resultante e que o processo de lavagem para remoção do surfactante após a síntese foi deficiente. Ainda, foi verificado alterações da nanoestrutura e das características térmicas dos compósitos resultantes. A inserção de MCM-LI na Nafion diminui a temperatura de fusão da matriz bem como suprime a formação dos agregados iônicos típicos da nanoestrutura do Náfion.

Palavras-chave: Célula combustível, Nafion, Líquido Iônico, Mesoporoso, MCM-41.