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‣ Preparação de ligas binárias e ternárias de Pt, W e Os para a oxidação de metanol em células a combustível de baixa temperatura; Preparation of Pt, W e Os binary and tertiary alloys for the oxidation of methanol in low temperatures fuel cells

Bortholin, Érica de Camargo
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 25/01/2007 Português
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67.321733%
A sociedade moderna depende integralmente da produção e consumo de energia em seu dia a dia desde cozinhar, ter energia elétrica, transporte, e para processos industriais. O aumento da demanda de energia elevou também os níveis de poluição, o que produz efeitos diretos na saúde do homem. Desta forma, o homem tem que pesquisar novas formas de energia, que em condições ideais, deve ser gerada de forma limpa. Uma alternativa para que se possa enfrentar este problema é a conversão eletroquímica de energia, a qual pode ser realizada de forma eficiente e limpa através das células a combustível. Existe um interesse muito grande em células que oxidam metanol como combustível, para a aplicação em veículos e equipamentos portáteis. No entanto, para se implementar estas células, é necessário um grande progresso na caracterização dos fenômenos eletródicos associados a esta reação, tanto em nível fundamental quanto tecnológico. No presente trabalho foram desenvolvidos catalisadores de PtW, PtOs, PtRuW, PtWOs, suportados em carbono de alta área superficial, para a oxidação de metanol. Os catalisadores foram preparados através da redução por ácido fórmico e através do método de Bonnëmann. As composições dos materiais foram determinadas por EDX. O tamanho médio das partículas foi obtido por TEM...

‣ Utilização de células a combustível tipo PEM como alternativa na geração auxiliar em instalações elétricas de grande porte.; The use of PEM type fuel cells as an alternative to auxiliary generation of large eletrical instalations.

Franchi, Thales Prini
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 22/04/2009 Português
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67.35347%
A atual situação energética global demonstra a dependência pela energia elétrica, evidenciando a importância do uso racional da energia e da redução de poluentes em sua produção. A utilização de hidrogênio como fonte de geração de energia elétrica nas células a combustível utiliza um bem abundante na face terrestre, e produz energia elétrica sem poluição. A célula a combustível constitui-se de um conversor eletroquímico, que converte a energia química proveniente dos reagentes hidrogênio e oxigênio em energia elétrica (corrente contínua), água e calor. Esta tecnologia é promissora e apresenta uma gama de aplicações no cotidiano, sendo atrativa em relação às outras tecnologias convencionais, com incrementos na eficiência, emissão de poluentes, simplicidade, maior vida útil, tamanho e peso, sendo modular e silenciosa. As células a combustível possuem aplicações no setor automobilístico, como geração auxiliar em instalações elétricas, geração de energia para equipamentos portáteis e programas espaciais. Entre as restrições estão o custo da célula e a produção de hidrogênio e como estocá-lo. O hidrogênio não é uma fonte primária de energia, mas pode ser obtida a partir de processos tais como a eletrólise...

‣ Microcélulas a combustível a etanol direto.; Direct ethanol micro-fuel cells.

Alves, Gustavo Marcati Alexandrino
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 09/03/2012 Português
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Microcélulas a combustível são dispositivos miniaturizados conversores de energia química em energia elétrica. Esse tipo de dispositivo tem sido amplamente estudado para atuar como substituto de baterias em dispositivos móveis, devido principalmente, a uma densidade de energia teoricamente maior se comparado às baterias. Nesse trabalho, foi desenvolvido um processo de fabricação de uma microcélula a combustível alimentada com etanol direto, de dimensões milimétricas utilizando técnicas de microfabricação em silício. Empregou-se corrosão anisotrópica com tetrametilhidróxido de amônia para a confecção de uma membrana de silício perfurada, que foi utilizada como placa bipolar e suporte para catalisador. Aplicou-se essa estrutura em silício de duas maneiras para a construção de uma célula a combustível: depositando-se polímero líquido nos orifícios, obtendo-se, assim, uma membrana polimérica de troca iônica integrada, ou prensando uma montagem membrana-eletrodo entre duas dessas placas bipolares. A caracterização dessas células foi realizada utilizando o método de curva de polarização, onde foi possível observar o efeito da variação da concentração de etanol, temperatura e o efeito do catodo aberto para o ar...

‣ Obtenção de nanopartículas de platina para aplicação em células a combustível através do uso de plasma a baixa pressão.; Obtaining of platinum nanoparticles for use in fuel cells through the use of low pressure plasma.

Moreira, Adir José
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 22/05/2013 Português
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67.394443%
A platina é um material caro e devido às suas várias aplicações tende a se tornar cada vez mais raro. Levando-se em consideração que as propriedades físicoquímicas das partículas mudam de acordo com o tamanho e formato das mesmas, este trabalho visou estudar a produção de nanopartículas de platina para aplicação em células a combustível, de modo que a quantidade do metal utilizado fosse menor quando comparada com as células comerciais sem que a mesma perdesse eficiência de energia. Para verificação da eficiência dessas nanopartículas foi utilizada membrana polimérica, onde foram depositados primeiramente partículas de carbono em camadas, sendo o tempo de cada deposição de 5 minutos e em seguida foram depositadas as nanopartículas de platina por um tempo de 30 segundos. Essas deposições foram realizadas nos dois lados da membrana, formando então o catodo e o anodo. Para alcançar tal objetivo, foi utilizada técnica assistida a plasma a baixa pressão, onde foi possível obter controles de todos os parâmetros de processo, fator primordial para homogeneização dos tamanhos e formatos das nanopartículas. A utilização dos tempos curtos de processo evitou danos a membrana polimérica devido aos efeitos gerados pelos processos assistidos a plasma...

‣ Estudo da confiabilidade das células a combustível do tipo PEM produzidas no IPEN-CNEN/SP; Reliability study of the proton exchange membrane fuel cells produced at IPEN CNEN/SP

Oliveira, Patricia da Silva Pagetti de
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 08/05/2014 Português
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67.545635%
O desenvolvimento de sistemas de conversão de energia baseados na tecnologia de células a combustível tem demandado estudos de confiabilidade, uma vez que requisitos de durabilidade e custo passaram a ser fundamentais para a inserção desta tecnologia no mercado de energia. Neste trabalho foi proposta uma metodologia de análise de confiabilidade de células a combustível de membrana polimérica condutora de prótons (células a combustível do tipo PEM), tendo em vista a qualificação destes itens como protótipos de unidades comerciais. A metodologia proposta incluiu uma avaliação inicial qualitativa das possíveis falhas em células a combustível do tipo PEM, realizada pela aplicação de uma Análise de Modos de Falha e Efeitos, técnica conhecida pela sigla FMEA. Além disso, foi elaborado um plano de testes de vida para as unidades produzidas no IPEN CNEN/SP e foi efetuada a análise dos resultados usando-se métodos estatísticos para dados de confiabilidade. Assim, a parte experimental consistiu em produzir as células a combustível no laboratório e submetê-las aos testes de vida, nos quais foram simuladas condições reais de operação. Os dados amostrais foram analisados estatisticamente, gerando resultados importantes em relação às medidas de desempenho e durabilidade dos dispositivos em estudo. Por meio de uma análise não paramétrica...

‣ Caracterização eletroquimica do composito PSSO3H/PAni para aplicação em celulas a combustivel; Eletrochemical characterization of PSSO3H/Pani composite for fuel cells applications

Fabiane Fagundes Brito
Fonte: Biblioteca Digital da Unicamp Publicador: Biblioteca Digital da Unicamp
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 01/07/2005 Português
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67.29928%
O desenvolvimento de materiais alternativos para aplicação em células a combustível (CaC) é uma tentativa de viabilização comercial das células, por meio da redução de custos com matéria-prima para manufatura das mesmas. Neste trabalho de mestrado, investigou-se o compósito de poliestireno sulfonado/polianilina para possível aplicação em CaCs, o qual é um material alternativo e de baixo custo de preparo. As propriedades químicas, morfológicas e térmicas do compósito foram caracterizadas por Espectroscopia de Infravermelho, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Microscopia Óptica, Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) e Termogravimetria (TGA), respectivamente. As propriedades eletroquímicas do compósito foram estudadas correlacionando com a estrutura do material, por meio do emprego das seguintes técnicas eletroquímicas: Cronopotenciometria, Voltametria Cíclica e Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE). A condutividade iônica do compósito foi determinada pela medida da resistência do material, empregando-se a técnica eletroquímica Galvanodinâmica, com aplicação de uma varredura de corrente; The development of alternative materials for fuel cells applications consists on a tentative to produce commercially available fuel cells...

‣ O etanol como fonte de hidrogenio para celulas a combustivel na geração distribuida de energia eletrica; The ethanol as hydrogen source for fuel cells in power distributed generation

João Carlos Camargo
Fonte: Biblioteca Digital da Unicamp Publicador: Biblioteca Digital da Unicamp
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 30/07/2004 Português
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67.317466%
A produção de hidrogênio para as células a combustível é um desafio para a ampla disseminação dessa tecnologia. Produzi-lo a partir de fontes renováveis de energia, como o etanol da cana-de-açúcar, é a opção analisada neste trabalho, enfocando principalmente a tecnologia dentro do conceito da geração distribuída de energia elétrica. O objetivo da tese é avaliar a viabilidade técnica e econômica da reforma do etanol para produção de hidrogênio com a qualidade necessária para o uso em uma célula a combustível tipo membrana de troca de prótons (PEMFC). A metodologia utilizada foi o desenvolvimento de um protótipo de geração de energia elétrica baseado em um reformador de etanol e um sistema de purificação de hidrogênio. Os principais dados obtidos nesse experimento foram a eficiência global de conversão do protótipo e a quantidade e qualidade das emissões advindas da operação do mesmo. O reformador de etanol alcançou eficiência de conversão de 69%, produzindo hidrogênio ? após o sistema de purificação? com nível de monóxido de carbono (CO) inferior a 20 µmol.mol, emissões globais de 460,85 g CO2.kWh-1, 0,812 g CO.kWh-1, 2,416 g CH4.kWh-1, sem emissão de NOx e SOx para uma vazão de entrada de 0...

‣ Determinação dos parâmetros térmicos de um sistema de purificação de hidrogênio para aplicação em células a combustível; Determination of thermal parameters of system for hydrogen purification for fuel cells applications

Daniel Gabriel Lopes
Fonte: Biblioteca Digital da Unicamp Publicador: Biblioteca Digital da Unicamp
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 18/07/2005 Português
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67.505005%
Ao avaliar a evolução do uso da energia pelo homem, percebe-se uma tendência à utilização de combustíveis com menos carbono e mais hidrogênio. Atualmente, observa-se um empenho pela utilização de combustíveis gasosos, como o gás natural, que possui uma relação de 4 átomos de hidrogênio para 1 átomo de carbono. Esta evolução permite estimar a utilização do hidrogênio gasoso para o futuro. Por se tratar de um vetor energético e não de uma fonte de energia, o hidrogênio precisa ser extraído de algum composto para ser utilizado. Examinando-se a literatura pertinente dos últimos anos, verifica-se que há em todo o mundo um grande esforço e uma grande expectativa quanto ao uso energético do hidrogênio em células a combustível, já que a eficiência destes equipamentos é superior à eficiência dos dispositivos tradicionais que utilizam à combustão. Sua aplicação se dá em diversos sistemas energéticos, estacionários ou móveis. Devido á exigência de elevada pureza para o hidrogênio utilizado em células a combustível do tipo PEM, a produção de hidrogênio a partir do processo de reforma de gás natural e o sistema de purificação deste hidrogênio tem sido estudado pelos principais centros de pesquisa nacionais. Por se tratar de umas das formas mais baratas para obtenção de hidrogênio para aplicação em células a combustível...

‣ Anodes for protonic ceramic fuel cells (PCFCs); Ânodos para pilhas de combustível de cerâmicos protónicos

Nasani, Narendar
Fonte: Universidade de Aveiro Publicador: Universidade de Aveiro
Tipo: Tese de Doutorado
Português
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67.426514%
One of the more promising possibilities for future “green” electrical energy generation is the protonic ceramic fuel cell (PCFC). PCFCs offer a low-pollution technology to generate electricity electrochemically with high efficiency. Reducing the operating temperature of solid oxide fuel cells (SOFCs) to the 500-700°C range is desirable to reduce fabrication costs and improve overall longevity. This aim can be achieved by using protonic ceramic fuel cells (PCFCs) due to their higher electrolyte conductivity at these temperatures than traditional ceramic oxide-ion conducting membranes. This thesis deals with the state of the art Ni-BaZr0.85Y0.15O3-δ cermet anodes for PCFCs. The study of PCFCs is in its initial stage and currently only a few methods have been developed to prepare suitable anodes via solid state mechanical mixing of the relevant oxides or by combustion routes using nitrate precursors. This thesis aims to highlight the disadvantages of these traditional methods of anode preparation and to, instead, offer a novel, efficient and low cost nitrate free combustion route to prepare Ni-BaZr0.85Y0.15O3-δ cermet anodes for PCFCs. A wide range of techniques mainly X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM)...

‣ Electrochemical energy conversion in direct methanol fuel cells

Rangel, C. M.; Silva, R. A.; Verget, J.; Pinto, A.M.F.R.
Fonte: SPE08, XV Encontro da Sociedade Portuguesa de Electroquímica Publicador: SPE08, XV Encontro da Sociedade Portuguesa de Electroquímica
Tipo: Conferência ou Objeto de Conferência
Publicado em 03/09/2008 Português
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67.375312%
Direct methanol fuel cells (DMFCś) are promising candidates as portable power sources due to their lower weight, volume and high-energy density. They can potentially provide an energy content that exceeds current battery technology, with the possibility of instantaneous recharge. However, DMFCś have several serious drawbacks such as slow methanol oxidation kinetics, poisoning by CO of the catalyst surface, the high methanol crossover through the polymer membrane, the high costs of the Nafion membrane and catalyst. The flowing streams of fuel and oxidizer need to be evenly distributed over the entire surface of the catalyst layer in order to achieve a good performance together with an efficient removal of reaction products. This is achieved through the optimal design of the flow field. In this work the effect of flow field design on cell performance is studied, using polarization curves. A testing fuel cell was designed and implemented consisting of two stainless steel end plates, two sets of graphite collector plates, two carbon cloth diffusion layers, two catalyst layers of platinum black (0.70 mg.cm-2 and 0.75 mg.cm-2 Pt on cathode and anode, respectively) and an electrolyte polymer membrane (Nafion 117). Pt-Ru catalyst on the anode with a load of 4 mgcm-2 of catalyst was also studied. The active surface area of the cell is 25 cm2. An own built fuel cell and a Lyntech testing station were used in this work. The effects of temperature...

‣ MEA degradation and failure modes in PEM fuel cells

Silva, R. A.; Paiva, T. I.; Rangel, C. M.
Fonte: Laboratório Nacional de Energia e Geologia Publicador: Laboratório Nacional de Energia e Geologia
Tipo: Conferência ou Objeto de Conferência
Publicado em 01/04/2009 Português
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67.49592%
In: Proceedings HYPOTHESIS VIII- Hydrogen Systems and Materials for Sustainability, HYP_45, Lisbon, 1-3 April 2009, 5p.; The mechanisms of fuel cell degradation are not well understood. Even though the numbers of installed units around the world continue to increase and dominate the pre-markets, the present lifetime requirements for fuel cells cannot be guarantee, creating the need for a more comprehensive knowledge of material’s ageing mechanism. In this work, failure modes and mechanism of the membrane-electrode assembly (MEA) in PEM fuel cells are studied stressing the issues that may constrain stability, power and lifetime. Diagnostics methods and tools used for in-situ and ex-situ analysis of PEM fuel cells were used in order to better categorize irreversible changes in the kinetic and/or transport properties of the cell. Data for MEA degradation obtained during and after fuel cell ageing in extreme testing conditions will be discussed. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) is found instrumental in the identification of fuel cell flooding conditions and membrane dehydration associated to mass transport limitations / reactant starvation and protonic conductivity decrease, respectively. Cross sections of the membrane catalyst and gas diffusion layers examined by scanning electron microscopy indicate electrode thickness reduction as a result of ageing. Catalyst particles are found to migrate outwards and located on carbon backings. Nafion degradation in fuel cell environment is analysed in terms of the mechanism for fluoride release which is considered an early predictor of membrane degradation. The application of a full range of diagnostic techniques and modelling is felt necessary in order to aid design and operating strategies in PEM fuel cells.

‣ Novel data-driven methodologies for parameter estimation and interpretation of fuel cells performance

Lopes, Vitor V.; Novais, Augusto Q.; Rangel, C. M.
Fonte: Laboratório Nacional de Energia e Geologia Publicador: Laboratório Nacional de Energia e Geologia
Tipo: Conferência ou Objeto de Conferência
Publicado em 17/10/2011 Português
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67.513623%
Fuel cell based power generation systems are expected to become more widespread in the near future. Stationary fuel cells may be used as an uninterruptible or back-up power supply, or to supply micro-grids. In particular, proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) are an attractive technology due to its high energy density, rigid and simple structure, low operating temperature and fast start-up characteristics. The power quality assessment of fuel cells as a viable power sources requires a good understanding of the fuel cell performance characteristics. This paper presents two novel data-driven methodologies for the identification of the main steady state (polarization curve) and the dynamic (impedance response) characteristics for fuel-cells allowing the development of rapid, accurate and empirical models based on the experimental data. M-NMF is a modified non-negative matrix factorization technique developed for the analysis of polarization curve data that allows to identify the three main contributions for the fuel-cell power degradation, while for impedance spectroscopy data, this paper proposes the use of fractional order transfer functions (FC-FOTC) to describe the main dynamic modes present in the fuel-cell. A brief description of these two approaches is presented...

‣ Behavior of proton exchange membrane fuel cells at sub-freezing temperatures

Thompson, Eric Lee (1974 - ); Jorne, Jacob
Fonte: University of Rochester. Publicador: University of Rochester.
Tipo: Tese de Doutorado Formato: Number of Pages:xxi, 251 leaves
Português
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67.35347%
Thesis (Ph. D.)--University of Rochester. Dept. of Chemical Engineering, 2008.; Vehicle applications require that proton exchange membrane (PEM) fuel cells, which electrochemically produce water, must survive and reliably start at sub-freezing temperatures. This thesis investigates the performance and behavior of PEM fuel cells operating at such temperatures. Since they constitute the majority of voltage loss at non-frozen conditions, this work begins with fundamental studies of the oxygen reduction reaction (ORR) kinetics and proton conductivity. In carefully designed experiments, ORR kinetics are measured in-situ from 40°C to 55°C. Measured kinetic parameters are consistent with values reported at non-frozen conditions, and activation energies are found constant across the measured temperature range, indicating ORR mechanism (within electrode ionomer) is not influenced by ice, beyond the additional reactant transport resistance it introduces. Membrane conductivity, measured with volume-less 4-point DC conductivity cell from 30°C to 50°C, is found to decrease with temperature, by nearly an order of magnitude by -20°C at practically relevant water contents, and exhibits a change in activation energy near 0°C in well hydrated membranes. The state-of-water in Nafion is investigated using differential scanning calorimetry (DSC) to provide mechanistic understanding of conductivity behavior. Below 0°C...

‣ Pt nanowires made by electrospinning and their application in PEM fuel cells; Platinum nanowires made by electrospinning and their application in PEM fuel cells

Shui, Jianglan (1977 - ); Li, James C.M. (1925 - )
Fonte: University of Rochester Publicador: University of Rochester
Tipo: Tese de Doutorado Formato: Number of Pages:xiii, 96 leaves
Português
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67.375923%
Thesis (Ph. D.)--University of Rochester. Dept. of Mechanical Engineering, 2010.; Pt catalyst is the crucial component in Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC). Short life and high cost of Pt are the main obstacles for the commercialization of proton exchange membrane fuel cells. In the conventional design, the agglomeration of Pt nanoparticles cannot be avoided; this is the main reason for electrochemical degradation. Furthermore, these nanoparticles cannot stand alone. They are usually supported by carbon nanoparticles, which are prone to oxidation and corrosion over time as well as detachment from the Pt particles. This research aims at finding a new form of Pt-based catalyst. Pt nanowires were chosen because of their structure stability without the need of a support. The electrospinning method was used to make Pt and Pt alloy nanowires, which form a self-supporting net, avoiding the agglomeration problem of nanoparticles. This research began with producing Pt nanowires and studying the influences of various parameters on the composite fiber morphology. The major problems of avoiding the formation of beads along the nanowires and reducing the wire diameters to several nanometers were investigated. To our knowledge, 5~6 nm thick Pt nanowires are the thinnest that have been produced by electrospinning at present. They are still larger than the diameters of Pt nanoparticles in the commercial catalyst (~3 nm). In further research...

‣ State of the Art of Fuel Cells for Ship Applications

HAN, Jingang; CHARPENTIER, Jean-Frederic; TANG, Tianhao
Fonte: IEEE Publicador: IEEE
Português
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67.394443%
Fuel cells promise to be far more efficient, produce lower or zero emissions, and operate cleaner than conventional internal-combustion engine and gas turbine. They are already used for transportation application (buses, cars and tramways). Fuel cells can also be an interesting solution for ships power. However the developments of fuel cell systems for ship are in infancy. The only exception is the PEMFC in the submarines. This solution allows obtaining an air-independent propulsion (AIP) system, which has been adopted in several countries. This paper presents a comprehensive review of different fuel cells and their application on ships. The pro and the cons of the use of fuel cell in ship application are discussed particularly in terms of lifetime and cost

‣ Investimentos financeiros em projetos de celulas a combustivel e hidrogenio no Brasil; Financial investments in fuel cells and hydrogen projects in Brazil

Maiana Brito Matos
Fonte: Biblioteca Digital da Unicamp Publicador: Biblioteca Digital da Unicamp
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 17/02/2009 Português
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67.395425%
Na última década, muitos países, em especial os mais desenvolvidos, têm realizado investimentos financeiros de vulto em tecnologias relacionadas ao hidrogênio e às células a combustível, visando principalmente diminuir as emissões de gases de efeito estufa e aumentar a segurança energética. No Brasil, o Governo Federal através do Ministério de Ciência e Tecnologia (MCT) também tem realizado investimentos nas áreas citadas, sem contar, no entanto, com um mecanismo eficaz para contabilizar esses recursos a fim de possibilitar a tomada de decisões estratégicas no setor. Assim sendo, o presente trabalho tem como objetivo identificar, classificar e contabilizar os investimentos financeiros realizados pelo setor público no Brasil em hidrogênio e células a combustível no período de 1999 a 2007. Para obtenção dos dados deste trabalho foram utilizadas duas metodologias: a Top-Down e a Bottom-Up. A primeira consiste em obter as informações através dos órgãos financiadores dos projetos, como instituições e fundos de fomento à Ciência e Tecnologia no Brasil, tais como: CNPq, FINEP, P&D ANEEL e Fundações de Amparo à Pesquisa. A segunda consiste em obter os dados diretamente dos grupos de pesquisa beneficiados com os recursos financeiros. Foram enviados questionários para 68 grupos de pesquisa...

‣ Surface modification of a proton exchange membrane and hydrogen storage in a metal hydride for fuel cells

Andrews, Lisa
Fonte: Rochester Instituto de Tecnologia Publicador: Rochester Instituto de Tecnologia
Tipo: Tese de Doutorado
Português
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67.48801%
Interest in fuel cell technology is rising as a result of the need for more affordable and available fuel sources. Proton exchange membrane fuel cells involve the catalysis of a fuel to release protons and electrons. It requires the use of a polymer electrolyte membrane to transfer protons through the cell, while the electrons pass through an external circuit, producing electricity. The surface modification of the polymer, Nafion®, commonly researched as a proton exchange membrane, may improve efficiency of a fuel cell. Surface modification can change the chemistry of the surface of a polymer while maintaining bulk properties. Plasma modification techniques such as microwave discharge of an argon and oxygen gas mixture as well as vacuum-ultraviolet (VUV) photolysis may cause favorable chemical and physical changes on the surface of Nafion for improved fuel cell function. A possible increase in hydrophilicity as a result of microwave discharge experiments may increase proton conductivity. Grafting of acrylic acid from the surface of modified Nafion may decrease the permeation of methanol in a direct methanol fuel cell, a process which can decrease efficiency. Modification of the surface of Nafion samples were carried out using: 1) An indirect Ar/O2 gas mixture plasma investigating the reaction of oxygen radicals with the surface...

‣ Enzyme-Enhanced Microbial Fuel Cells

Ervin, Tracie
Fonte: University of Delaware Publicador: University of Delaware
Tipo: Tese de Doutorado
Português
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67.47474%
Steven K. Dentel; Microbial fuel cells utilize the electrons released during the oxidation of organic material by microbes to generate electricity. The electrons may be transferred to an electrode surface by redox mediators or directly by the microbes residing in the fuel source. Wastewater sludge was the source of organic material for the reactors operated during this project. Two phases of experiments were conducted to determine conditions for efficiently operating microbial fuel cells powered by waste biosolids. The first phase focused on finding a combination of supplemental nutrients and enzyme to sustain a useable electric current within the fuel cells. The second phase focused on identifying an enzyme solution dose to enhance fuel cell performance. In Phase I, after applying a variety of supplemental nutrient solutions to the reactors, it appeared that tryptic soy broth provides a sufficient balance of carbon, nitrogen, and phosphorus to sustain microbial growth. The reactors which received a supplemental nutrient source had more consistent rates of electrical output than the reactor that received only the enzyme treatment. In Phase II, it was shown that the enzyme treatment enhances fuel cell performance. The optimal dose appears to be between 20 and 40 mg daily of EZ 216...

‣ Electrospun Reinforced Polymer-Polymer Composite Membranes for Applications in PEM Fuel Cells

Wilson, David
Fonte: University of Delaware Publicador: University of Delaware
Tipo: Tese de Doutorado
Português
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67.35347%
Erik Thostenson; Polymer electrolyte membrane (PEM) ffuel cells are seen as the next generation of clean energy, sought to replace the likes of batteries. However, PEM fuel cells are limited by a mechanically unstable Nafion membrane that limits its lifespan. To combat this dilemma, it has been suggested that such membranes can be mechanically reinforced in a variety of ways, specifically through the consolidation of electrospun nanofiber mats. Previous research in the development of electro-active composites successfully derived the procedure for producing such hierarchically consolidated nanofiber composite films, called the ??VARTM method. Application of this technique towards the PEM fuel cell membrane dilemma, thus, could result in the next huge step in PEM fuel cell lifespans. Therefore, as a proof-of-concept, polystyrene and polyvinylidene fluoride were chosen and dissolved in dimethyl formamide to be electrospun for the creation of the reinforcements for this study. Afterwards, degradation testing provided that the reinforcements should be consolidated within a Nafion solution dissolved in methanol and deionized water at a 4:1 ratio. Dimethyl acetamide was also a tested solvent to compare against Methanol, however, was shown to destroy the reinforcements. In consequence...

‣ Towards stable bifunctional oxygen electrodes and corrosion resistant gas diffusion layers for regenerative fuel cells

Silva, R. A.; Soares, C. O.; Carvalho, M. D.; Jorge, M. E. Melo; Gomes, A.; Pereira, M. I. da Silva; Rangel, C. M.
Fonte: Laboratório Nacional de Energia e Geologia Publicador: Laboratório Nacional de Energia e Geologia
Tipo: Conferência ou Objeto de Conferência
Publicado em //2013 Português
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67.268193%
ABSTRACT: Regenerative fuel cells (RFCs) can provide very high energy storage at minimal weight in a dual mode system, by combining an electrolyzer and a fuel cell. Although RFCs are an appealing technology their development is still at an early stage. One key issue is the search for highly active electrocatalysts for both oxygen reduction and water oxidation. Presently, platinum is the best electrocatalyst for the oxygen reduction reaction (ORR), but has a poor oxygen evolution (OER) performance while metal oxides catalyze the OER but not the ORR. Yet, the search for the development of bi-functional oxygen electrodes is also associated to structurally stable gas diffusion layers - they must be capable of withstanding high potentials when cells are operated in the electrolyzer mode and in addition, mass transport limitations when used as a cathode in fuel cell mode. A novel approach is used in this work to tackle the issue, focussing on the development of stable gas diffusion electrodes for the oxygen reactions, having as a base high surface area LaNiO3. Previous work by the authors has optimised the synthesis of the mentioned perovskite-type oxide, prepared by a self-combustion method. The high electrochemical surface area and low porosity of the oxide has been indicated by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and BET measurements. A full characterization has been the subject of recent publications [1...