Desenvolvimento de membranas para aplicação em células de combustível a alta temperatura

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

O trabalho desenvolvido nesta tese teve como objectivo o desenvolvimento de novas membranas para aplicação em células de combustível a alta temperatura. Foram testadas membranas de Nafion® na sua forma protonada com dois tipos de espessura diferentes, Nafion® - 117 e Nafion® - 212 com 183 μm e 51 μm de espessura, respectivamente. As membranas de Nafion® mencionadas anteriormente foram modificadas através da incorporação de catiões de líquidos iónicos (n-dodeciltrimetilamónia, DTA+; 1-butil-3-metilimidazólio, BMIM+; feniltrimetilamónia, TMPA+). Com o objectivo de verificar qual o efeito da presença do catião do líquido iónico, as membranas de Nafion® modificadas foram caracterizadas utilizando as seguintes técnicas: ensaios de propriedades mecânicas (extensão e perfuração), termogravimetria e H – NMR (Relaxação spin-rede do protão de hidrogénio). Adicionalmente, uma vez que este estudo visa a aplicação das membranas em células de combustível, foram também efectuados estudos de transporte de metanol, e de gases (N2, O2 e CO2) puros e humidificados. Comparando todos os resultados obtidos com os de uma membrana não modificada, verificou-se que é possível ajustar as propriedades das membranas consoante o catião incorporado e o seu grau de incorporação. A introdução de catiões volumosos de líquidos iónicos, altera o teor em água na membrana e o seu grau de estruturação, melhorando a estabilidade das mesmas a altas temperaturas (150ºC), reduzindo o transporte de metanol e de gases e aumentando a resistência mecânica das membranas. Deste modo, para utilização de membranas modificadas de Nafion® com catiões de líquidos iónicos para aplicação em células de combustível a altas temperaturas, um compromisso entre as diferentes propriedades terá de ser encontrado; tendo em conta por um lado, a redução da mobilidade protónica, e por outro uma maior estabilidade a altas temperaturas e a redução da permeabilidade ao metanol e gases.