Fabricação de filmes ultrafinos automontados para aplicações em células a combustível

Abstract

As células a combustível de metanol direto (DMFCs) são promissoras devido à capacidade de geração de alta densidade de energia elétrica, no entanto, a alta permeabilidade da membrana de troca protônica ao combustível permite seu cruzamento do ânolo para o cátodo, que somado à lenta cinética de exidação do metanol, prejudicam a inserção destes dispositivos no mercado. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo a melhoria do desempenho de DMFCs utilizando a técnica de automontagem LbL (layer-by-layer) na modificação da membrana trocadora de prótons e construção de eletrodos para oxidação de metanol. Para a nanoesetruturação dos filmes, nanofolhas de óxido de grafeno (GO) e óxido de grafeno reduzido estabilizados em PSS (poly(4styrenesulfonic acid) sodium salt), denominado GPSS, foram sintetizdos e aplicados como suspensões carregadaos negativamente na fabricação dos filmes LbL. Quando depositados sobre membranas comerciais de Nafion 212, apresentaram redução na permeabilidade ao metanol de até 80% e condutividade protônica superior a membrana pura. Os testes em DMFCs indicaram maior potencial de circuito aberto quando se empregou a membrana de Nafion revestida com os filmes LbL e densidade de potência de 83,5 mW.cm-2 (à 70ºC), superior ao resultado com a membrana pura (63,1 mW.com-2), devido à redução do cruzamento de metanol. Em relação a capacidade catalítica para oxidação de metanol, nanopartículas de platina foram sintetizadas por diferentes rotas e empregadas na fabricação de filmes LbL com polieletrólitos e/ou nanofolhas de grafeno sendo que os testes eletroquímicos indicaram correntes de oxidação superiores quando as nanopartículas foram depositadas sobre as nanofolhas de óxido de grafeno reduzidos. Sendo assim, filmes ultrafinos compostos por nanofolhas de grafeno podem contribuir significativamente para o desenvolvimento da tecnologia de DMFCs

The Direct Methanol fuel Cel (DMFC) are promising to clean and high energy density generation, however, the fuel permeability from anode to the cathode and slow methanol oxidation kinetics hinder its rising in market. Within this context, the aim here is inhance the DMFCs performance using the Layer-by-Layer (LbL) technique to modify the polymer electrolyte membrane and build up of electrodes for methanol oxidation. Graphene oxide nanosheets and reduced graphene oxide nanosheets stabilized in PSS (poly(4-styrenesulfonic acid) sodium salt) were synthesized and used as negatively suspensions in the LbL film fabrication. When deposited onto commercial Nafion 212 membranes it was observed a reducition of ~80% in the methanol permeability, and also higher proton conductivity than that of pristine Nafion. DMFC tests indicated a high open circuit voltage with the LbL modified membranes due to a decrease in the methanol crossover, and a power density of 83,5 mW.com-2, superior to the pristine Nafion, at 70ºC (63,1 mW.com-2). Regarding to the catalytic capacity for methanol oxidation, platinum nanoparticles were synthesized from different ways and self-assembled with polyelectrolyte and/or graphene nanosheets and the electrochemical analysis indicated that when supported onto reduce graphene oxide nanosheets, it was produced higher oxidation peak currents. Consequently, composite ultrathin films of graphene nanosheets can contribute significantly to the development of DMFCs