Pesquisa e desenvolvimento de protótipos de células a combustível com membrana para troca de prótons a hidrogênio

Abstract

Esta dissertação tem por objetivo realizar uma pesquisa e desenvolver protótipos de células a combustível com membrana para troca de prótons (PEMFC), com funcionamento a hidrogênio. Células a combustível são eficientes dispositivos eletroquímicos que geram energia elétrica com reduzido impacto ao meio ambiente, combinando hidrogênio e oxigênio. Visando um maior entendimento da operação das células a combustível, foi estudado um de seus principais componentes, o MEA (Conjunto Membrana Eletrodo). Foram construídos dois protótipos unitários de PEMFC com funcionamento a hidrogênio, apresentando-se ao longo da dissertação os recursos, materiais, procedimentos de montagem e avaliando-se os principais problemas durante a construção dos protótipos. São apresentadas a metodologia de teste utilizada e as variáveis controladas para permitir uma comparação com as metodologias utilizadas por outros grupos de pesquisa e desenvolvimento. Os resultados obtidos são, assim, comparados com resultados alcançados com células a combustível comerciais, testadas pelo pesquisador, assim como com aqueles resultados apresentados pela literatura. Buscando avaliar a possibilidade futura da continuidade deste trabalho, foi realizado um estudo da perspectiva de investimentos necessários para o desenvolvimento de uma célula a combustível de 1 kW de potência, que possibilite um número maior de aplicações.

The objective of this dissertation is the research and development of hydrogen operation Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC). Fuel cells are efficient electrochemical devices that generate electric energy with low environmental impact, combining oxygen and hydrogen. Considering the objective to get a deeper knowledge about fuel cells operation, the Membrane Electrode Assembly (MEA), one of the most important fuel cell components, is studied. Two hydrogen PEMFC were developed, presenting resources, materials, assembly process and main problems verified during construction. The tests methodology and variables controlled during the procedure are presented with the objective to perform a comparison with the methodologies used by other researchers and development groups. The results achieved are compared with commercial fuel cells, tested by researcher, and with results presented by literature. Considering the future possibility to proceed this research, an analysis of the investments to develop a 1 kW fuel cell stack, to reach a larger number of applications, was established.