Estudo, desenvolvimento e teste de protótipo de células a combustível com membrana para troca de protóns (PEM) com utilização direta de metanol e etanol

Abstract

This Thesis aims at performing the study and implementation of the direct methanol and ethanol fuel cell prototypes. The main advantages of the Direct Methanol Fuel Cells (DMFC), comparing with other fuel cells types, are the utilization of a liquid fuel, easily storable and available and the low operation temperature, quick to achieve. Besides automotive and stationary applications, the DMFC became, considering these characteristics, the preferable choice for portable equipment. Today, research and applications are developed for this market. The test methodology is presented to make possible comparison with other research groups results and to demonstrate de prototype evolution as a consequence of the analysis of the results. As an alternative with a renewable and national fuel, the use of ethanol in the prototype is tested and evaluated. A pilot illumination system with a high efficiency led is implemented as a means of evaluating the feasibility of a practical application. A financial projection and a technical evaluation of the implementation of a 1 kW stack are performed, and it proved to be feasible. As a result of this pioneer effort, the first DMFC of South Brazil was implemented, incorporating the technology of direct methanol and ethanol fuel cells, and, due to the study integrated with other groups of this project, a fuel cell research and development laboratory was installed.

Esta dissertação tem por objetivo o estudo e a implementação de protótipos das células a combustível com utilização direta de metanol e etanol. As células a combustível com utilização direta de metanol (DMFC) possuem vantagens em relação a outros tipos de células a combustível como a utilização de um combustível líquido, facilmente armazenável e disponível no mercado e de operar em baixa temperatura, entrando rapidamente em regime de trabalho. Além de aplicações veiculares e estacionárias, as DMFC se tornaram, em função dessas características, uma escolha preferencial para utilização em aparelhos portáteis e hoje são desenvolvidas pesquisas e aplicações para esse mercado. É apresentada a metodologia de testes de forma a viabilizar a comparação de resultados alcançados por outros grupos de pesquisa assim como demonstrar a evolução dos protótipos a partir das análises efetuadas. Como alternativa voltada para combustível nacional e renovável é testada e avaliada a utilização de etanol (álcool etílico) na célula implementada. Visando avaliar a possibilidade de aplicação prática, é implementado um sistema piloto de iluminação com a utilização de led de alta eficiência alimentado por DMFC. Assim é realizada uma projeção financeira e uma avaliação técnica da construção de uma célula de 1 kW, que se mostrou factível. Como resultado deste trabalho pioneiro foi implementada a primeira célula a combustível com utilização direta de metanol do sul do Brasil tendo sido incorporada a tecnologia de células com utilização direta de metanol e etanol. Em função do trabalho conjunto com a equipe do projeto vinculado, foi implantado um laboratório de estudo e pesquisa de células a combustível.