A APOSTILA SCILAB

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO

PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO

CENTRO DE ENGENHARIAS - CE

CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA MECÂNICA

IGOR RAMON BEZERRA DE FREITAS

LINDEMBERG BERNARDO DA SILVA JÚNIOR

CÉLULA DE MEMBRANA POLIMÉRICA CONDUTORA DE PROTÓNS - PEMFC

MOSSORÓ/RN

2018

IGOR RAMON BEZERRA DE FREITAS

LINDEMBERG BERNARDO DA SILVA JUNIOR

CÉLULA DE MEMBRANA POLIMÉRICA CONDUTORA DE PROTÓNS - PEMFC

Trabalho apresentado à Universidade Federal Rural do Semi-Árido – UFERSA, como requisito para obtenção da nota referente à segunda e terceira unidade na disciplina de células a combustível.

Professor Daniel Carlos De Carvalho Crisostomo, Msc.

MOSSORÓ - RN

2018

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Ilustração do conjunto membrana eletrodo.................................................................2

Figura 2 – Reações químicas no ânodo e cátodo..........................................................................4

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO        4

2. DESENVOLVIMENTO        5

2.1 Células de membrana de troca protônica – PEM        5

2.2 Eletrólito        6

2.3 Reações Químicas        6

2.4 Temperatura de Operação        7

2.5 Vantagens e Desvantagens        8

2.6 Aplicações e panorama mundial        9

3. CONCLUSÃO        10

4. REFERÊNCIAS        11

1. INTRODUÇÃO

Com o avanço da indústria desde a revolução industrial, o homem cada vez mais necessita de energia para suprir as suas demandas, isso porque o crescimento populacional bem como outros fatores estão intimamente relacionados ao aumento do consumo energético global. Segundo projeções, a população mundial deve ultrapassar 9,2 bilhões de pessoas até 2050, o que corresponde a um aumento populacional de 43% em relação 2007. Também segundo projeções, em 2080 o hidrogênio será a principal fonte de geração de energia do mundo, sendo então responsável por aproximadamente 90% da matriz energética. Diante dessas projeções, o desenvolvimento de sistemas capazes de gerar energia elétrica a partir do hidrogênio passa a ser uma necessidade estratégica para garantir o atendimento às demandas energéticas dos próximos anos. (NOGUEIRA, LINARDI, CUENCA, 2011)

Segundo Perles (2008), células a combustível são células galvânicas constituídas de materiais especialmente desenvolvidos nas quais o combustível, hidrogênio (H2) e oxigênio (O2), sofre um processo de oxirredução na superfície dos eletrodos. A célula a combustível é constituída por dois eletrodos separados por um eletrólito e conectados eletricamente a um circuito externo, por onde flui a corrente elétrica. Nessas células, o combustível entra em contato com o anodo, que com a ajuda de um catalizador origina uma reação de oxidação, culminando na perda de elétrons. Devido a eletronegatividade existente entre o combustível e o oxidante, estes elétrons são conduzidos entre o anodo e o catodo por condutores elétricos que passam por um circuito externo, gerando potência. Simultaneamente, os íons produzidos no anodo são conduzidos através do eletrólito até o catodo, que em contato com os elétrons oriundo do circuito externo, sofre um processo de redução, gerando vapor d’água.

Existem cinco diferentes tipos de células a combustível classificadas em função do eletrólito e da temperatura de operação, são elas: células a combustível de membrana de troca protônica (PEMFC ou PEM – Pronton Exchange Membrane Fuel Cell), célula a combustível alcalina (AFC – Alkaline Fuel Cell), célula a combustível de carbono fundido (MCFC – Molten Carbonate Fuel Cell), célula a combustível de ácido fosfórico (PAFC – Phosphoric Acid Fuel Cell), e a célula a combustível de óxido sólido (SOFC – Solide Oxide Fuel Cell). O presente trabalho tem como objetivo explanar e detalhar as principais características da célula do tipo PEMFC.

2. DESENVOLVIMENTO

2.1 Células de membrana de troca protônica – PEM

Dentre os cinco tipos principais de células a combustível destaca-se a célula de eletrólito polimérico, ou como é mais conhecida PEM. Ela tem atraído atenção do mundo inteiro como um dispositivo bastante promissor para substituir motores à combustão, e isso tem validade por conta da sua baixa emissão de poluentes aliado ao seu alto desempenho energético. Apesar de terem passado por desenvolvimento bem significativos nas últimas décadas, ainda há a necessidade de melhorar o seu desempenho, aumentar a estabilidade e reduzir o custo do eletrólito.

O dispositivo básico de uma célula a combustível PEM é constituído pelo conjunto eletrodos-membrana, conhecido como MEA (Membrane Electrode Assembly), ele é composto por dois eletrodos, um ânodo e um cátodo, separados por um eletrólito polimérico. Os eletrodos são constituídos de duas camadas distintas: difusora e catalisadora. A camada difusora tem por objetivo melhor distribuir por todo o eletrodo o hidrogênio e o oxigênio, enquanto que a camada catalisadora é efetivamente responsável pelas reações eletrocatalíticas da célula (DRESCH, 2009). Os materiais constituintes da camada catalisadora são dependentes do tipo de combustível utilizado pela célula, e podem ser baseados em nanoestruturas de metais nobres, geralmente a platina é muito utilizada. A camada catalisadora pode ser suportada na camada difusora ou aplicada diretamente sobre a membrana polimérica, dependendo do sistema utilizado, por sua vez a camada difusora geralmente é feita de nanopartículas de carbono (DRESCH, 2009), com espessura da ordem de alguns micrometros, a Figura 1 ilustra a disposição do MEA.