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    Como novos materiais aumentam a eficiência das células a combustível de etanol direto

    O material consiste em Nafion com nanopartículas incorporadas. Crédito:B.Matos / IPEN

    O etanol tem densidade de energia volumétrica cinco vezes maior (6,7 kWh / L) do que o hidrogênio (1,3 kWh / L) e pode ser usado com segurança em células a combustível para geração de energia. No Brasil, em particular, há grande interesse em melhores células a combustível para o etanol, já que esse país distribui etanol de baixo custo produzido de forma renovável a partir da cana-de-açúcar. Teoricamente, a eficiência de uma célula de combustível de etanol deve ser de 96 por cento, mas, na prática, na densidade de potência mais alta, é de apenas 30 por cento, devido a uma variedade de razões. Portanto, há muito espaço para melhorias.

    Nafion com nanopartículas

    Uma equipe liderada pelo Dr. Bruno Matos do instituto de pesquisa brasileiro IPEN está, portanto, investigando novas membranas compostas para células a combustível de etanol direto. Uma solução promissora é adaptar novos materiais eletrolíticos compostos à base de polímero para substituir o eletrólito polimérico de última geração, como o Nafion. Matos e sua equipe usam um processo de extrusão de fusão para produzir membranas compostas com base em Nafion com nanopartículas de titanato adicionais, que foram funcionalizados com grupos de ácido sulfônico.

    Experimentos infravermelhos em BESSY II

    A equipe de Matos já analisou exaustivamente quatro composições diferentes de membranas compostas Nafion na linha de luz infravermelha IRIS em BESSY II. Medições de espalhamento de raios-X de baixo ângulo confirmaram que as partículas de titânio estavam interagindo sinergicamente com a matriz de ionômero de Nafion.

    A condutividade do próton aumentou

    Usando espectroscopia infravermelha, eles observaram que pontes químicas foram formadas entre os grupos de ácido sulfônico das nanopartículas funcionalizadas. Além disso, seguindo o movimento do próton ao longo dos aglomerados iônicos, eles encontraram aumento da condutividade do próton na membrana composta, mesmo em altas concentrações de nanopartículas. "Esta foi uma verdadeira surpresa que não esperávamos, "Dra. Ljiljana Puskar, HZB-cientista da IRIS-Beamline diz. A redução da condutividade com o incremento das nanopartículas é um dos principais obstáculos que atrasam o desenvolvimento de materiais compósitos de alto desempenho. A maior condutividade de prótons poderia permitir uma melhor mobilidade do portador de carga e, assim, aumentar a eficiência da célula de combustível de etanol direto.

    Vantagem da extrusão de fusão

    "Esta membrana composta pode ser produzida por extrusão de fusão, que permitiria sua produção em escala industrial, "Matos aponta.


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