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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.75.2014.tde-30012015-105342
Documento
Autor
Nome completo
Claudia Sofia Nuñez Peñalva
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2014
Orientador
Banca examinadora
Perez, Joelma (Presidente)
Giz, Martha Janete de
Santiago, Elisabete Inácio
Título em português
Estudos de estabilidade de cátodos de Pt-Cr/C nas células a combustível de eletrólito polimérico sólido
Palavras-chave em português
Célula a combustível
Pt-Cr
Redução de oxigênio
Resumo em português
A industrialização das células a combustível de eletrólito polimérico sólido ainda é um desafio, devido principalmente aos elevados preços dos catalisadores, da membrana, cinética lenta da reação de redução do oxigênio e estabilidade da célula. Neste trabalho a eficiência e a estabilidade de catalisadores nanoparticulados bimetálicos de Pt-Cr suportados em carbono de elevada área superficial foram estudadas para serem utilizados como cátodos em células a combustível de eletrólito polimérico sólido. A caracterização física destes materiais foi realizada através de técnicas como difração de raios-X (DRX), energia dispersiva de raios-X (EDX), absorção de raios-X (XAS), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM). Para os estudos eletroquímicos dos catalisadores foram realizados levantamentos das curvas de polarização na célula unitária utilizando a membrana de Nafion®115, alimentadas com H2 no ânodo e O2/ar no cátodo em diferentes temperaturas e pressões, também foi utilizado a voltametria cíclica e stripping CO para a determinação da área ativa dos catalisadores e finalmente foram realizados os estudos de estabilidade simulando uma degradação acelerada mediante ciclos voltamétricos. Os resultados das curvas de polarização dos catalisadores comercial e preparados pelo método de poliol indicaram que com o aumento da quantidade de cromo obtem-se um decréscimo do desempenho. O catalisador Pt3Cr preparado pelo método de impregnação apresentou o pior desempenho. Os catalisadores Pt3Cr comercial e preparado pelo método do poliol possuem tamanhos de partícula muito próximos e diferentes quantidades de Cr na forma de liga, sendo que cromo no catalisador sintetizado pelo método de poliol apresenta-se na forma oxidada. Os resultados da degradação acelerada para estes catalisadores mostraram que o catalisador sintetizado pelo método de poliol apresentou melhor desempenho e estabilidade.
Título em inglês
Stability studies of Pt-Cr/C cathodes in polymer electrolyte fuel cells
Palavras-chave em inglês
eletrocatalysts PEMFC
fuel cell
oxigen reduction reaction
Pt-Cr
Resumo em inglês
The commercialization of fuel cells is still a challenge of this technology, principally due to high price of the catalysts and membrane, slow kinetic of oxygen reduction reaction and stability of the cell. In this work the efficiency and stability of the nanoparticulated bimetallic PtCr supported on carbon of high surface area catalysts were studied to be used in the cathodes of proton exchange membrane fuel cell. The physical characterization of these materials was carried out by various techniques, such as X-ray diffraction (XRD), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray absorption spectroscopy (XAS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and transmission electron microscopy (TEM). The catalysts were characterized electrochemically by measuring the polarization curves, which were recorded in a single cell, using Nafion®115 membrane with anode fed with H2 and cathode fed with O2/air. The gases used were saturated with mili-Q water at different temperatures and pressures. Cyclic voltammetry and CO stripping experiments were used to measure the active surface areas of the catalysts and finally the stability studies were conducted, simulating the accelerated degradation through the cyclic voltammetry. The polarization curves results of the catalysts prepared by poliol method and of commercial catalysts showed that with the increase in the quantity of chromium a decline in performance occurs. The Pt3Cr catalyst prepared by impregnation method presented a poor performance. The catalysts prepared by poliol and commercial catalyst have near the same particle sizes and different amount of alloyed Cr, such that the chromium in poliol catalys is present in oxides form. The accelerated degradation results showed that catalyst prepared by poliol method presented a better performance and stability.
 
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Data de Publicação
2015-02-03
 
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