Propriedades Físico-Químicas Relacionadas ao Desenvolvimento de Membranas de Nafion® para Aplicações em Células a Combustível do tipo PEMFC
Physicochemical Properties Related to the Development of Nafion® Membranes for Application in Fuel Cells
Perles, Carlos E.
http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282008000400005
Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol.18, n4, p.281-288, 2008
Resumo
Embora não seja tecnologia recente, as células a combustível ou Fuel Cells (FC) continuam recebendo grande atenção, pois são consideradas como “fontes de energia do futuro” devido a características como alto rendimento energético e baixa emissão de poluentes, permitindo a extensão o tempo de vida das reservas fósseis e contribuindo para a melhoria da qualidade de vida. Atualmente, as pesquisas estão direcionadas, principalmente, ao desenvolvimento de FC para aplicações em sistemas móveis e portáteis. De todas as tecnologias existentes, a mais promissora para essa finalidade é a célula a combustível de eletrólito polimérico, conhecida como PEMFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell) cuja pesquisa encontra-se focada, principalmente, no desenvolvimento de membranas poliméricas, com o objetivo de reduzir os custos de produção. Este trabalho será focado nos aspectos físico-químicos do desenvolvimento de membranas poliméricas. Serão discutidos aspectos estruturais do Nafion® relacionado-os as seguintes propriedades físico-químicas: fluxo eletrosmótico, permeabilidade gasosa, transporte de água através da membrana, estabilidade química e térmica. Toda a discussão será realizada para polímeros perfluorados, utilizando o Nafion® como modelo representante dessa classe de polímeros.
Palavras-chave
Célula a combustível, membrana polimérica, Nafion®
Abstract
Fuel Cells (FC) continue to receive growing attention, in spite of not being a new technology, for they are considered as the “energy source of the future” owing to characteristics such as high energetic yield and low emission of pollutants. FC technology may lead to a reduction in the negative impact from energy sources on the enviroment, thus improving the quality of life and extending the lifetime of fossil combustible reserves. The mainstream of research in FC is now directed at mobile, portable systems, for which the most promising technology is the Polymer Electrolyte Fuel Cells, also known as PEMFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell). Research in this topic focuses on the development of polymer membranes whose target is to reduce its production costs. In this work we shall focus on physicochemical aspects related to development of polymeric membranes. A discussion on structural aspects of Nafion® will be carried, which will be related to the following physicochemical properties: electrosmotic flux, gaseous permeability, water transport through polimeric membrane, chemical and thermal stabilities. All the discussion was made using Nafion® as model of perfluorated polymers.
Keywords
Fuel cell, Nafion®, polimeric membrane
References
1. Zink, F.; Lu, Y.; Schaefer, L. & Schefer, L. - Energy Convers. Manage, 48, p.809-818 (2007).
2. Blomen, L. J. M. J. & Mugerwa, M. N. - "Fuel Cell Systems", Plenum Press, New York (1993).
3. DoITPoms (Dissemination of information technology for the Promotion of Materials Science), University of Cambridge, site: http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/fuel-cells/history.php, acessed in 30th May 2007.
4. Meier-Haack, J.; Taeger, A.; Vogel, C.; Schlenstedt, K.; Lenk, W. & Lehmann, D. - Sep. Purif. Technol.., 41, p.207-220 (2005).
5. Hartmut, W.; Linardi, M. & Aricó, E. M. - Quím. Nova, 25, p.470-476 (2002).
6. Amado, R. S.; Malta, L. F. B.; Garrido, F. M. S. & Medeiros, M. E. - Quím. Nova, 30, p.189-197 (2007).
7. Lister, S. & McLean, G. - J. Power Sources, 130, p.61-76 (2004).
8. Smitha, B.; Sridhar, S. & Khan, A. A. - J. Membr. Sci., 259, p.10-26 (2005).
9. Carrette, L.; Friedrich, K. A. & Stimming, U. - ChemPhysChem, 1, p.162-193 (2000).
10. Kreuer, K. D.; Paddison, S. J.; Spohr, E. & Schuster, M. - Chem. Rev., 104, p.4637-4678 (2004).
11. Mauritz, K. A. & Moore, R. B. - Chem. Rev. 104, p.4535-4585 (2004).
12. Biyikoglu, A. - Int. J. Hydrogen Energy, 30, p.1181-1212 (2005).
13. Matsuura, T.; Kato, M. & Hori, M. - J. Power Sources, 161, p.74-78 (2006).
14. Oh, M. H.; Yoon, Y. S. & Park, S. G. - Electrochim. Acta., 50, p.777-780 (2004).
15. Kuan, H. C.; Ma, C. C. M.; Chen, K. H. & Chen, S. M. - J. Power Sources, 134, p.7-17 (2004).
16. Hornung, R. & Kappelt, G. - J. Power Sources, 72, p.20-21 (1998).
17. Wee, J. H. - J. Power Sources, 161, p.1-10 (2006).
18. Jiang, L. H.; Sun, G. Q.; Wang, S. L.; Wang, G. X.; Xin, Q.; Zhou, Z. H. & Zhou, B. - Electrochem. Commun, 7, p.663-668 (2005).
19. Wee, J. H.; Song, D. J.; Jun, C. S.; Lin, T. H.; Hong, S. A.; Lim, H. C. & Lim, K. Y. - J. Alloys Compd, 390, p.155-160 (2005).
20. Antolini, E. - J. Appl. Electrochem., 34, p.563-576 (2004).
21. Ren, X. M. & Gottesfeld, S. - J. Electrochem. Soc, 148, p.A87-A93 (2001).
22. Vishnyakov, V. M. - Vacuum. 80, p.1053-1065 (2006).
23. Zawodzinski, T. A.; Springer, T. E.; Davey, J.; Jestel, R.; Lopez, C.; Valerio, J. & Gottesfeld, S. - J. Electrochem. Soc., 140, p.1981-1985 (1993).
24. Jannasch, P. - Curr. Opin. Colloid Interface Sci., 8, p.96-102 (2003).
25. Chou, J.; McFarland, E. W. & Metiu, H. - J. Phys. Chem. B., 109, p.3252-3256 (2005).
26. Choi, P.; Jalani, N. H. & Datta, R. - J. Electrochem. Soc., 152, p.E123-E130 (2005).
27. Janssen, G. J. M. - J. Electrochem. Soc., 148, p.A1313-A1323 (2001).
28. Kreuer, K. D.; Rabenau, A. & Weppner, W. - Angew. Chem., Int. Ed., 21, p.208-209 (1982).
29. Pivovar, B. - Polymer. 47, p.4194-4202 (2006).
30. Costamagna, P. & Srinivasan, S. - J. Power Sources, 102, p.253-269 (2001).
31. Zawodzinski, T. A.; Neeman, M.; Sillerud, L. O. & Gottesfel, S. - J. Phys. Chem., 95, p.6040-6044 (1991).
32. Ise, M.; Kreuer, K. D. & Maier, J. - Solid State Ionics, 125, p.213-223 (1999).
33. Zawodzinski, T. A.; Davey, J.; Valerio, J. & Gottesfeld, S. - Electrochim. Acta, 40, p.297-302 (2006).
34. Kreuer, K. D. - Solid State Ionics. 97, p.1-15 (1997).
35. Watanabe, M.; Uchida, H.; Seki, Y.; Emori, M. & Stonehart, P. - J. Electrochem. Soc., 143, p.3847-3852 (1996).
36. Ogumi, Z.; Kuroe, T. & Takehara, Z. - J. Electrochem. Soc., 132, p.2601-2605 (1985).
37. Sakai, T.; Takenaka, H.; Wakabayashi, N.; Kawami, Y. & Torikae, E. - J. Electrochem. Soc., 132, p.1328-1332 (1985).
38. Yeager, H. L. & Steck, A. - J. Electrochem. Soc., 128, p.1880-1884 (1981).
39. Falk, M. - Can. J. Chem.-Rev. Can. Chim., 58, p.1495-1501 (1980).
40. Broka, K. & Ekdunge, P. - J. Appl. Electrochem., 27, p.117-123 (1997).
41. Curtin, D. E.; Lousenberg, R. D.; Henry, T. J.; Tangeman, P. C. & Tisak, M. E. - J. Power Sources, 131, p.41-48 (2004).
42. Samms, S. R.; Wasmus, S. & Savinell, R.F. - J. Electrochem. Soc., 143, p.1498-1504 (1996).
43. Surowiec, J. & Bogoczek, R. - J. Therm. Anal., 33, p.1097-1102 (1988).
44. Wilkie, C. A.; Thomsen, J. R. & Mittleman, M. L. - J. Appl. Polym. Sci., 42, p.901-909 (1991).
45. Lage, L. G.; Delgado, P. G. & Kawano, Y. - J. Therm. Anal. Calorim., 175, p.521-530 (2004).
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