ÁREA: Físico-Química
TÍTULO: Estudo de eletrocatalisadores para a reação de oxidação direta de metanol em células a combustível
AUTORES: SOUZA, E. A. (UFAM) ; PASSOS, R. R. (UFAM)
RESUMO: O estudo de eletrocatalisadores torna-se de grande importância uma vez que as reações eletroquímicas são favorecidas pelo emprego ideal dos catalisadores, sendo que uma das variáveis estudadas é o tipo de metodologia de preparação. Nesse sentido, o estudo se concentra em dois tipos de metodologias de preparação que se diferenciam principalmente pelo agente redutor utilizado. Os eletrodos de difusão de gás foram preparados por processo de filtração/pintura, a montagem da célula unitária foi necessária para a obtenção das medidas de potencial e corrente. Os eletrocatalisadores preparados pela redução química com etilenoglicol como redutor se mostraram mais eficientes em relação ao que utilizou ácido fórmico com redutor nas condições estudadas.
PALAVRAS CHAVES: oxidação de metanol; células a combustível; eletrocatalisadores
INTRODUÇÃO: As células a combustível são vistas como alternativas promissoras na geração de energia, e estão entre aqueles que contribuem para a redução de efeitos atmosféricos negativos, como o efeito estufa. O metanol é um dos combustíveis líquido mais promissor esses sistemas, em especial pelo fato de poder ser oxidado direto a dióxido de carbono em condições de temperatura e pressão ambiente (LEGER, 2001). As células a combustível que operam com metanol são conhecidas como DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) e funcionam nas mesmas condições que as células que utilizam o hidrogênio como combustível. Porém na reação de oxidação de metanol há formação de intermediários tais como ácido fórmico, formaldeído e monóxido de carbono Este último se apresenta como o mais prejudicial ao funcionamento da célula a combustível, mas que pode ser tolerado através de modificações da estrutura do catalisador, o qual pode ser adicionado junto à platina (mais indicada como catalisador) um segundo metal bem como rutênio, caracterizado como um bom segundo metal (IWASITA, 2002). Os estudos relacionados ao eletrocatalisadores se diferem pelo tipo de metal, composição de liga (mono/bi ou ternária), relação atômica (concentração), carga sobre material suporte ou aplicação direta e o tipo de preparação desses eletrocatalisadores. Assim nesse trabalho serão caracterizados eletrocatalisadores de liga PtRu, preparados por dois métodos de redução química distintos, e analisados exploratoriamente através de medidas do potencial e de corrente (Curva de polarização).
MATERIAL E MÉTODOS: Os catalisadores foram preparados por métodos que usam reagentes redutores diferentes como: ácido fórmico e etilenoglicol, denominados MAF e MRE respectivamente. O processo consiste na redução dos metais catalisadores e posterior impregnação sobre carbono suporte, na relação de 40% de metal sobre carbono e na relação atômica 1:1 de Pt-Ru. Na célula a combustível unitária a principal unidade consiste a união dos eletrodos e do eletrólito (MEA). Os eletrodos foram preparados usando-se um método de filtração/pintura que fornece resultados bastante reprodutíveis. Os materiais usados foram pó de carbono catalisado com ligas de platina (PtRu/C), pó de carbono (Vulcan - XC 72R, Cabot), tecido de carbono (PWB-3, Stackpole), suspensão de politetrafluoretileno (PTFE - Teflon T-30, DuPont) e solução de Nafion (Aldrich, 5 wt.%). O eletrodo acabado, composto de uma camada difusora e outra catalisadora (eletrodo de difusão de gás), foi prensado junto a uma membrana polimérica Nafion® 117 para formação do MEA, este foi montado junto ao esqueleto de uma célula a combustível (célula unitária) para posterior montagem na estação de testes onde foram feitas medidas diretas de potencial e corrente, através de voltímetros e amperímetros, respectivamente, ligados à célula unitária. No teste foi utilizado como combustível solução de metanol e oxigênio como agente redutor com variação da temperatura da célula unitária.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A composição nominal dos catalisadores PtRu dispersos em carbono preparados pelos métodos MAF e MRE foram analisados em EDX e resultaram respectivamente 63:37 e 55:45 ambos preparados com material catalisador de 40% em massa sobre o carbono.
Na figura 1 são apresentados o comportamento da curva de polarização das medidas feitas para os métodos MAF e MRE em três diferentes temperaturas, sendo utilizado a pressão normal sobre o oxidante, área do eletrodo de 4,62 cm-2 e 1mg cm-2 de carga de metal. Um melhor comportamento eletroquímico foi verificado com o aumento de temperatura, o que já era esperado, pois a reações eletrocatalíticas são favorecidas pelo aumento da temperatura. Os eletrocatalisadores MRE se mostraram mais eficientes em relação ao MAF em altas temperaturas, sendo mais bem observadas através das maiores potências obtidas. Contudo, é consenso que em altas temperaturas acontece o favorecimento do processo de cruzamento do metanol do ânodo para o cátodo interferindo na redução do oxigênio, o que diminui a eficiência de célula.
CONCLUSÕES: O estudo de eletrocatalisadores para a reação de oxidação de metanol pode ser considerado novo e de grande complexidade, tal fato pode ser entendido pelas dificuldades criadas através da existência de reações paralelas. Portanto, a descrição do funcionamento e o desenvolvimento das DMFC são partes importantes para viabilidade dessas células. Dentre alguns aspectos, a eletrocatálise deve ser analisada para melhorar a eficiência da célula, nesse sentido os eletrocatalisadores preparados pela redução com etilenoglicol se mostraram mais eficientes nas condições estudadas.
AGRADECIMENTOS: Ao Instituto de Química de São Carlos/USP pelas medidas realizadas
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: LEGER, J.M. Mechanistic aspects of methanol oxidation on platinum-based electrocatalysts. J.of Applied Electrochemistry, v. 31, p. 767-771. 2001.
IWASITA, T. Electrocatalysis of methanol oxidation. Electrochimica Acta, v. 47, p 3663-3674, 2002.
