Polímeros: Ciência e Tecnologia
https://revistapolimeros.org.br/article/doi/10.1590/0104-1428.1553
Polímeros: Ciência e Tecnologia
Scientific & Technical Article

Membranas de PVA e Sílica para Aplicação em Célula a Combustível de Alimentação Direta de Álcool

Membranes of PVA and Silica for Application in Direct Alcohol Fuel Cell

Aguiar, Liz Contino Vianna de; Gomes, Aílton de S.; Ramos Filho, Florêncio Gomes de

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Resumo

Membranas de PVA/sílica foram sintetizadas através do processo sol-gel em condições ácidas. Tetraetilortossilicato (TEOS) foi utilizado como precursor em concentrações de 5 a 30% em dois grupos distintos. Um grupo foi utilizado como controle contendo apenas PVA/TEOS. A inserção dos grupamentos necessários para a condutividade ocorreu através da introdução de 12% em massa de heteropoliácido fosfotúngstico hidratado (HPW) em relação à massa de TEOS, formando o segundo grupo. As avaliações quanto ao grau de inchamento, permeabilidade ao etanol e condutividade protônica demonstraram que a membrana contendo 30% em massa de TEOS apresenta os melhores resultados entre as membranas produzidas. Os melhores resultados foram 0,28 mS/cm de condutividade protônica e fluxo de 1,5 kg/m².h de solução de etanol. Nessas condições, considera-se a reticulação das membranas de PVA/SiO2 com o precursor TEOS uma boa alternativa para a reticulação de membranas de PVA visto que as membranas mostraram-se mais seletivas ao fluxo de solução de etanol. Entretanto, para aplicação como eletrólito de célula a combustível, ainda é necessário investigar outras formas de aumentar a condutividade sem prejudicar a estabilidade dimensional.

Palavras-chave

PVA, célula a combustível, HPW, sílica, membranas condutoras de prótons.

Abstract

PVA/silica membranes were synthesized by the sol-gel process under acidic conditions. Tetraethoxysilane (TEOS) was used as precursor with concentration between 5 and 30% in two distinct systems. One system was used as control, which contained only PVA / TEOS. In the second system, groups necessary for conductivity were introduced with 12% by weight of hydrated phosphotungstic heteropolyacid (HPW) in relation to the mass of TEOS. The evaluations of the degree of swelling, permeability for ethanol and proton conductivity have shown that the membrane containing 30 wt% TEOS gives the best results among the membranes produced. The best results achieved in this study were 0.28 mS / cm of proton conductivity and 1.5 kg/m².h flux of ethanol solution. Thus, under these conditions, crosslinked membranes with PVA/SiO2 and TEOS precursor are good alternative for crosslinking PVA membranes since they were more selective to the flow of ethanol solution. However, for applications such as in electrolyte fuel cells, it is still necessary to investigate other ways to increase conductivity without affecting the dimensional stability.

Keywords

PVA, fuel cell, HPW, silica, proton conducting membranes.

References

1. Kim, Y. S. & Pivovar, B. S. – “Polymer Electrolyte Membranes for Direct Methanol Fuel Cells”, in: Advances in Fuel Cells, vol.1, cap.4, Tim Zhao, K.-D. Kreuer and Trung Van Nguyen (eds.), Elsevier Science, Kidlington (2007).

2. Thanganathan, U. & Nogami, M. - J. Membr. Sci., 411, p.109 (2012). http://dx.doi.org/10.1016/j.memsci.2012.04.020.

3. Perles, C. E. - Polímeros., 18, p.281 (2008). http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282008000400005.

4. Zhong, G.; Liu, Z.; Li, T.; Cheng, H.; Yu, S.; Fu, R. & Yang, Y. - J. Membr. Sci., 428, p.212 (2013). http://dx.doi.org/10.1016/j.memsci.2012.10.026.

5. Aguiar, K. R.; Batalha, G. P.; Peixoto, M.; Ramos, A. & Pezzin, S. H. - Polímeros., 22, p.453 (2012). http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282012005000060.

6. Rhim, J.-W.; Park, H.; Lee, C.; Jun, J.; Kim, D. & Lee, Y. - J. Membr. Sci., 238, p.143 (2004). http://dx.doi.org/10.1016/j.memsci.2004.03.030.

7. Martinelli, A.; Matic, A.; Jacobsson, P.; Borjesson, L.; Navarra, M.; Fernicola, A.; Panero, S. & Scrosati, B. - Solid State Ion., 177, p.2431 (2006). http://dx.doi.org/10.1016/j.ssi.2006.01.035.

8. Shen, C.-C.; Joseph, J.; Lin, Y.-C.; Lin, S.-H.; Lin, C.-W. & Hwang, B. J. - Desalination., 233, p.82 (2008). http://dx.doi.org/10.1016/j.desal.2007.09.029.

9. Zhu, G.; Wang, F.; Xu, K.; Gao, Q. & Liu, Y. - Polímeros., 23, p.146 (2013). http://dx.doi.org/10.4322/polimeros.2013.076.

10. Kim, D. S.; Park, H.; Rhim, J. & Lee, Y. - Solid State Ion., 176, p.117 (2005). http://dx.doi.org/10.1016/j.ssi.2004.07.011.

11. Huang, Y. F.; Chuang, L. C.; Kannan, A. M. & Lin, C. W. - J. Power Sources., 186, p.22 (2009). http://dx.doi.org/10.1016/j.jpowsour.2008.09.072.

12. Guo, R.; Ma, X.; Hu, C. & Jiang, Z. - Polymer (Guildf.)., 48, p.2939 (2007). http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2007.03.035.

13. Wu, Y.; Wu, C.; Li, Y.; Xu, T. & Fu, Y. - J. Membr. Sci., 350, p.322 (2010). http://dx.doi.org/10.1016/j.memsci.2010.01.007.

14. Nagarale, R. K.; Shin, W. & Singh, P. K. - Polymer Chemistry., 1, p.388 (2010). http://dx.doi.org/10.1039/b9py00235a.

15. Ramos Filho, F. G. - “Membranas híbridas para uso em células a combustível”, Tese de Doutorado, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brasil (2009).

16. Guo, R.; Hu, C.; Pan, F.; Wu, H. & Jiang, Z. - J. Membr. Sci., 281, p.454 (2006). http://dx.doi.org/10.1016/j.memsci.2006.04.015.

17. Bandyopadhyay, A.; De Sarkar, M. & Bhowmick, A. K. - J. Mater. Sci., 41, p.5981 (2006). http://dx.doi.org/10.1007/s10853-006-0254-x.

18. Nagarale, R. K.; Gohil, G. S.; Shahi, V. K. & Rangarajan, R. - Macromolecules., 37, p.10023 (2004). http://dx.doi.org/10.1021/ma048404p.

19. Kim, D. S.; Parka, H. B.; Rhimb, J. W. & Lee, Y. M. - J. Membr. Sci., 240, p.37 (2004). http://dx.doi.org/10.1016/j.memsci.2004.04.010.

20. Gomes, A. S. & Dutra Filho, J. C. - Int. J. Hydrogen Energ., 37, p.6246 (2011).

21. Xu, W.; Liu, C.; Xue, X.; Su, Y.; Lv, Y.; Xing, W. & Lu, T. - Solid State Ion., 171, p.121 (2004). http://dx.doi.org/10.1016/j.ssi.2004.04.009.

22. Mahreni, A.; Mohamad, A. B.; Kadhum, A. A. H.; Daud, W. R. W. & Iyuke, S. E. - J. Membr. Sci., 327, p.32 (2009). http://dx.doi.org/10.1016/j.memsci.2008.10.048.

23. Thiam, H. S.; Daud, W. R. W.; Kamarudin, S. K.; Mohammad, A. B.; Kadhum, A. A. H.; Loh, K. S. & Majlan, E. H. - Int. J. Hydrogen Energy., 36, p.3187 (2011). http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2010.11.062.

24. Li, L.; Xu, L. & Wang, Y. - Mater. Lett., 57, p.1406 (2003). http://dx.doi.org/10.1016/S0167-577X(02)00998-9.

25. Maiti, J.; Kakati, N.; Lee, S. H.; Jee, S. H.; Viswanathan, B. & Yoon, Y. S. - J. Power Sources., 216, p.48 (2012). http://dx.doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.05.057.
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