Membranas poliméricas multicomponentes à base de compostos não fluorados para células a combustível
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Data
2023Orientador
Co-orientador
Nível acadêmico
Doutorado
Tipo
Assunto
Resumo
Esse trabalho descreve a preparação, caracterização e avaliação de propriedades de membranas trocadoras de prótons (PEMs) para aplicação em células a combustível (CaCs) à base de hidrocarbonetos não fluorados. Para isso é explorada uma nova classe de membranas sintetizadas pela copolimerização radicalar em meio aquoso de monômeros contendo grupos condutores de prótons como o ácido 2-acrilamido-2-metil-1-propanosulfônico (AMPS); sítios de reticulação – 2-hidroxietilacrilamida (HEA) e domínios hi ...
Esse trabalho descreve a preparação, caracterização e avaliação de propriedades de membranas trocadoras de prótons (PEMs) para aplicação em células a combustível (CaCs) à base de hidrocarbonetos não fluorados. Para isso é explorada uma nova classe de membranas sintetizadas pela copolimerização radicalar em meio aquoso de monômeros contendo grupos condutores de prótons como o ácido 2-acrilamido-2-metil-1-propanosulfônico (AMPS); sítios de reticulação – 2-hidroxietilacrilamida (HEA) e domínios hidrofóbicos – estireno ou N-isopropil-acrilamida (NIPAM) – ligados covalentemente entre si. As membranas foram obtidas pela reticulação dos copolímeros com glutaraldeído em meio ácido sob diferentes condições. Os copolímeros foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho (IV), Ressonância Magnética Nuclear (1H-RMN), Cromatografia de Exclusão de Tamanho (SEC) e Análise Termogravimétrica (TGA). As membranas foram caracterizadas por IV, que apontou as modificações decorrentes da reação com glutaraldeído. Análises de TGA permitiram avaliar a estabilidade térmica das membranas em faixas de temperatura condizente com a utilização em CaCs. Para as medidas de condutividade, somente as amostras com maior teor do componente hidrofóbico (entre 27 e 53% em mol de NIPAM) tiveram estabilidade adequada para serem submetidas ao tratamento de hidratação prévia. Em função disso, essas membranas apresentaram maiores condutividades com valores próximos aos de membranas comerciais, do tipo Nafion®. No geral, as membranas com mais grupos condutores na composição, maior grau de inchamento e menos reticuladas apresentaram maior condutividade. Por fim, amostras entre as de melhores resultados de condutividade tiveram avaliadas sua estabilidade oxidativa, propriedades dinâmico-mecânicas (DMA) e desempenho em células a combustível. A membrana MHAN-2/1.6G-60 contendo 48,8% de HEA, 5% de AMPS e 46,2% de NIPAM apresentou o melhor desempenho nos testes com a CaC, com densidade de potência máxima igual a 9,42 mW.cm-2 e densidade de corrente no final do teste de 61,8 mA.cm-2. ...
Abstract
This work describes the preparation, characterization, and assessment of the properties of proton exchange membranes (PEMs) based on non-fluorinated hydrocarbons to be applied in fuel cells. For that, a new membrane class was synthesized by radical copolymerization in aqueous media, using monomers with proton conductive groups such as 2-acrylamide-2-methyl-1-propanesufonic acid (AMPS), crosslinking sites such as 2-hydroxyethyl acrylamide (HEA), and hydrophobic domains – styrene or N-isopropylac ...
This work describes the preparation, characterization, and assessment of the properties of proton exchange membranes (PEMs) based on non-fluorinated hydrocarbons to be applied in fuel cells. For that, a new membrane class was synthesized by radical copolymerization in aqueous media, using monomers with proton conductive groups such as 2-acrylamide-2-methyl-1-propanesufonic acid (AMPS), crosslinking sites such as 2-hydroxyethyl acrylamide (HEA), and hydrophobic domains – styrene or N-isopropylacrylamide (NIPAM). The membranes were obtained by crosslinking the copolymers with glutaraldehyde. Thermogravimetric analysis (TGA) allowed evaluating thermal stability of the membranes in temperature ranges consistent with their use in fuel cells. For the conductivity measurements, only the samples with a higher percentage of hydrophobic component (among 27 and 35% mol of NIPAM) showed proper stability to be submitted to the previous hydration treatment. In spite of that, these membranes showed higher conductivities, with values close to those of commercial membranes from the Nafion® family. In general, the membranes with more conductive moieties in the composition, higher swelling degree and less crosslinking showed higher conductivity. Finally, membranes among those with the best conductivities had been evaluated for their oxidative stability, dynamic mechanical properties (DMA) and performance in fuel cells. The membrane MHAN-2/1.6G-60C containing 48.8 % HEA, 5% AMPS and 46.2% NIPAM showed the best performance in the tests with CaC, with a maximum power density equal to 9.4 mW.cm -2 and current density at the end of the test of 6.2 mA.cm-2. ...
Instituição
Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Química.
Coleções
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Ciências Exatas e da Terra (5041)Química (885)
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