Membranas de poli(álcool vinílico) para aplicações em células a combustível via etanol direto à temperatura ambiente - Dutra Filho, José Carlos. (UFRJ, 2013)
[PT]A dependência energética da humanidade associada à possível escassez de recursos naturais não renováveis tem incentivado pesquisadores de todo o mundo a buscar novas fontes de energia mais inteligentes, eficientes e limpas. Nesse sentido, a presente Tese busca revisar fundamentos do assunto células a combustível e apresenta um novo material baseado em poli(álcool vinílico) (PVA) para membranas poliméricas condutoras de prótons com vistas à aplicação em sistemas alimentados diretamente por etanol. O presente trabalho reporta o uso, de forma inédita, do ácido dietileno triaminopentacético (DTPA) como agente de reticulação nas membranas poliméricas, além do uso de ácido fosfotúngstico (HPW) como agente íon condutor. Esse manuscrito também apresenta, de forma detalhada, estudos eletroquímicos por espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) aplicada a eletrólitos poliméricos, os quais revelaram condutividades da ordem de 10-3 S.cm-1. Além disso, coloca em prática o estudo dos estados da água no interior das membranas via calorimetria diferencial de varredura (DSC), o qual permitiu verificar um mecanismo preferencial de condutividade protônica nos novos materiais híbridos. Estudos morfológicos por espalhamento de raios-X a baixos ângulos (SAXS) usando radiação Synchrotron revelaram uma estrutura organizada em escala nanométrica. Medidas de espectroscopia de absorção na região de infravermelho (FTIR) mostraram a incorporação do HPW e as interações específicas promovidas pelo DTPA. Ensaios de pervaporação e perda de dopante comprovaram a eficiência do DTPA como agente de reticulação, sendo considerado como uma boa opção para utilização com PVA, principalmente. A presente Tese constatou que esse novo material poderá ser considerado para aplicações em células a combustível via etanol direto (DEFCs) à temperatura ambiente.[EN]The energy dependence of humanity associated with the possible scarcity of nonrenewable resources has encouraged researchers around the world to seek new energy sources more intelligent, efficient and clean. Accordingly, the present thesis aims to review fundamentals of the subject fuel cells and presents a new material based on poly (vinyl alcohol) (PVA) for proton conductive polymer membranes with a view to application in systems powered directly by ethanol. This work reports the use of an unprecedented, diethylene triaminepentacetic acid (DTPA) as a crosslinking agent in the polymer membranes and the use of phosphotungstic acid (HPW) as the ion conductor. This manuscript also presents, in detail, studies by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) applied to polymer electrolytes, which showed conductivities of the order of 10-3 S.cm-1. Furthermore, the study puts into practice the states of water inside the membrane via differential scanning calorimetry (DSC), which has shown a mechanism of preferential proton conductivity in the new hybrid materials. Morphological studies by small angle X-ray scattering (SAXS) using Synchrotron radiation showed an organized structure at the nanoscale. Infrared spectroscopy (FTIR) showed HPW incorporation and specific interactions promoted by DTPA. Pervaporation tests and the dopant loss confirmed the DTPA efficiency as a crosslinking agent and it is considered as a good option for use with PVA. This thesis found that this new material may be considered for applications in fuel cells via direct ethanol (DEFCs) at room temperature.