ISBN 978-85-85905-10-1
Área
Físico-Química
Autores
Almeida, C. (UFMA) ; Lima, C.C. () ; Tanaka, A.A. ()
Resumo
: As células de combustível (CaC) são vistos como uma fonte alternativa de energia eficiente e limpa que poderia substituir as tecnologias existentes baseadas em combustíveis fósseis para o uso em dispositivos,estacionarios, tracionários eportáteis, no entanto, para a comercialização de DMFCs, um dos principais problemas associados é a passagem do metanol do compartimento ânodico para o cátodo por difusão através da membrana polimérica (crossover effect). Assim, a fim de minimizar esse efeito o presente trabalho estudou a atividade eletrocatalítica de catalisador MnO2(Pt/C) frente a reação de redução de oxigênio na ausência e na presença de metanol em meio alcalino.
Palavras chaves
Eletrocatalisador; Célula a combustível; dióxido de manganês e pla
Introdução
As buscas por fontes de energia têm se evidenciado nas últimas décadas, devido ao crescimento populacional em conjunto com suas tecnologias que exigem novas fontes de energia que promovam um desenvolvimento sustentável. Considerando ainda que as principais fontes de energia exploradas são as provenientes de combustíveis fósseis, que além de não serem de fontes renováveis originam poluentes nocivos ao meio ambiente, diversas pesquisas têm surgido com intuito de solucionar essas problemáticas. Dentre as pesquisas de fontes alternativas de energia, destacam-se as direcionadas para o desenvolvimento de células a combustível (CaC), tanto para aplicações em veículos, sistemas estacionários comodispositivos portáteis.As células a combustível são dispositivos eletroquímicos que convertem energia química em elétrica a partir de uma reação química, sem gerar gases poluentes e/ou resíduos nocivos à saúde humanae ao meio ambiente, além de apresentar um rendimento energético teórico de cerca de 80%, ou seja, maior que muitos dispositivos geradores de energia utilizados atualmente. Em comparação com osdiferentes tipos decélulas a combustível, a célula a combustívelde metanol direto(DMFC) é uma tecnologia alternativa eambientalmente viável para aconversão de energia, sendo maisvantajosa queas células de combustívelde membrana de troca de prótons (PEMFC), devido aos problemas de armazenamentoede segurança associadosao hidrogênio.Apesar depequena quantidade deCO2emitido emDMFCs, não há emissão de gasesperigosos, comoenxofree óxidos de nitrogênio. Além disso, ocombustível utilizado emDMFCs ésolúvel em água.Devido a essas vantagens, DMFCs tem diversas aplicações potenciais, como aparelhos portáteis, domésticosemóveis.
Material e métodos
O método utilizado para a síntese do catalisador de platina disperso sobre o carbono Vulcan XC-72 foi o de redução por álcool. Para o preparo do pó catalisado foi utilizado170mg carbono Vulcan XC-72 pré-tratado essa massa foi adicionado a um balão de duas bocas em seguida uma quantidade de uma solução contendo H2PtCl6.6H2O foi adicionado para que ao final fosse obtido o pó catalisado com massa total de 185 mg sendo 15% em massa de metal (Pt). Em seguida, adicionou-se 100 mL solução de água/etilenoglicol (1/3, v/v). Essa mistura foi homogeneizada em ultrassom por 20 minutos e submetido ao sistema de refluxo durante 2 horas a uma temperatura de 80 °C, em seguida foi realizada a etapa de filtragem e lavagem com água purificada até o valor de pH do filtrado muda para o pH próximo ao da água adicionada, em seguida a massa resultante é depositada em placa de Petri e submetido a secagem em estufa a uma temperatura de aproximadamente 60 °C durante 24 horas, ao pó resultante desse processo foi adicionado uma quantidade de (Mn(NO3)2.4H2O) para que ao final do processo fosse obtido um pó catalisado com 15% em massa de MnO2 sobre Pt/C, em seguida esse material foi submetido a impregnação e depois a decomposição térmica nas temperaturas 175 °C por 30 minutos, 208 °C por 60 minutos e 220 °C por 60 minutos respectivamente a massa resultante do tratamento térmico foi pulverizada e estocada (VALIMet al. p. 423, 2012). O método utilizado para confecção dos eletrodos foi o de camada ultrafina. A caracterização dos materiais foram realizados Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) e Energia Dispersiva de Raios X (EDX) e Difratometria de Raios-X (DRX) e a caracterização eletroquímica do matéria vou realizada pelas técnicas de voltametria cíclica e voltametria linea
Resultado e discussão
O catalisador MnO2(Pt/C) apresentou cristais de tamanho da ordem de 4,6 nm ,
referente a analise de DRX do MnO2(Pt/C), é possível
identificar picos suaves correspondentes a fase ε-MnO2 os demais catalisadores
não apresentaram picos correspondentes a presença de MnO2 como pode ser
observado no difratograma dessa forma pode-se inferir que o MnO2 não estava
presente na composição do catalisador em quantidade significativa que
pudessemaparecer nas analises de DRX. A curvas de polarização da RRO na
presença de metanol 0,1 mol L-1 para os catalisadores sintetizados. Foi
observado que o catalisador que demostrou maiores densidades de corrente para
oxidação de metanol mesmo em potenciais catódicos foi Pt/C. O catalisador
MnO2(Pt/C) apresentou maior resistência a presença de metanol e consequentemente
apresentou menores densidades de correntes para a oxidação de metanol.a curva de
polarização da RRO na presença de metanol para MnO2(Pt/C) em diferentes
concentrações de metanol, de acordo com a curva de polarização foi observado que
a RRO iniciou em 0,1 V vs. Hg-HgO e que os picos de corrente para oxidação de
metanol foram menores do que para os demais catalisadores compósitos demonstrado
ser tolerante a presença de metanol apresentou ainda densidade de corrente no
limite difusionalde -0,6 mA igualmente aos demais catalisadores a base de Pt e
MnO2 sem perdas consideráveis de atividade.
Conclusões
Os resultados adquiridos mostraram que todos os catalisadores apresentaram ser eficientes para RRO, porém MnO2(Pt/C) apresentou maior tolerância ao efeito de cruzamento de metanol, Esse efeito pode ser atribuído a um possível efeito sinérgico existente entre as duas espécies químicas que compõem o catalisador.Dessa forma pode-se afirmar que os eletrodos compósitos a base de Pt e MnO2 são catalisadores promissores para utilização em células a combustível de metanol direto.
Agradecimentos
Referências
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2.VALIM, R. B.; SANTOS, M. C.; LANZA, M. R. V.; MACHADO, S. A. S.; LIMA, F. H. B.; CALEGARO, M. L. Oxygen reduction reaction catalyzed by epsilon-MnO2: Influence of the crystalline structure on the reaction mechanism.Electrochimica Acta,v. 85, 423-431, 2012.
3.GARCIA, A. C.; TICIANELLI, E. A. Investigation of the oxygen reduction reaction on Pt–WC/C electrocatalysts in alkaline media. Electrochimica Acta,v. 106, 453-459, 2013.
4. TANG, Q.; JIANG, L.; JIANG, Q.; WANG, S.; SUN, G. Enhanced activity and stability of a Au decorated Pt/PdCo/C electrocatalyst toward oxygen reduction reaction.Electrochimica Acta.v. 77, 104-110, 2012.
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