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Tipo do documento: Tese
Título: Membranas condutoras de prótons a base de alginato de sódio e líquidos iônicos próticos
Título(s) alternativo(s): Proton exchange membranes based on sodium alginate and protic ionic liquids
Autor: Nascimento, Alene Dutra 
Primeiro orientador: Senna, Lilian Ferreira de
Primeiro coorientador: Reis, Rodrigo Azevedo dos
Primeiro membro da banca: Furtado, José Geraldo de Melo
Segundo membro da banca: Silva, Silvana Mattedi e
Terceiro membro da banca: Cesar, Deborah Vargas
Quarto membro da banca: Lago, Dalva Cristina Baptista do
Quinto membro da banca: Sousa, Ana Maria Furtado de Sousa
Resumo: Células a combustível (FC - Fuel Cell) são equipamentos que convertem a energia química de uma reação de oxidação de um combustível em energia elétrica. Dentre os diferentes tipos de FC, aquelas baseadas em membranas condutoras de prótons (PEM - Proton Exchange Membrane), são as mais flexíveis, exibindo características como alta densidade energética, partida rápida e alta eficiência. Esse tipo de FC é ideal para aplicação em transporte, energia portátil e estacionária. No entanto, sua utilização a baixas temperaturas gera limitações, que podem ser contornadas com operação a temperaturas acima de 100 °C. Além disso, algumas das membranas mais usadas comercialmente dependem da presença de água em sua estrutura para o transporte de prótons. Uma das possíveis soluções é adicionar à membrana materiais que não dependem da presença de água para a condução de prótons, como os líquidos iônicos próticos (PIL - Protic Ionic Liquid). Os PIL possuem um próton reativo, o que os torna atraentes para o uso em PEM. A adição desses PIL a uma matriz de um polímero iônico, como o alginato de sódio (NaAlg), apresenta uma alternativa para as PEM usadas atualmente. Assim, o objetivo principal desta tese foi introduzir diferentes PIL a uma matriz polimérica de NaAlg e verificar a habilidade da membrana assim produzida na condução de prótons em temperaturas mais elevadas. Inicialmente, foi realizado um estudo com diferentes PIL, a fim de selecionar aqueles que seriam adicionados à matriz de NaAlg para a produção das membranas. Depois, estas membranas foram caracterizadas quanto à morfologia, resistência térmica, resistência mecânica e condutividade. Foi concluído que o método de secagem e a compatibilidade entre os PIL e a matriz polimérica influenciaram a morfologia e as propriedades da membrana de forma significativa. Uma maior compatibilidade entre o PIL e o polímero e uma melhor distribuição do PIL pela matriz polimérica levaram a maiores valores de condutividade, embora materiais com menores resistências térmica e mecânica tenham sido gerados, como consequência. Foram obtidas membranas com propriedades eletroquímicas, térmicas e mecânicas na mesma ordem grandeza de membranas promissoras encontradas na literatura para a aplicação proposta.
Abstract: Fuel cells (FC) are devices that convert the chemical energy of a fuel oxidation reaction into electrical energy. Among the different types of FC, those based on proton exchange membranes (PEM) are the most flexible, exhibiting characteristics such as high energy density, quick start, and high efficiency. This type of fuel cell is ideal for transport, portable and stationary energy applications. However, its use at low temperatures creates limitations, which can be overcome by operation at temperatures above 100 °C. Moreover, some of the most commercially used membranes depend on the presence of water in their structure for proton transport. One of the possible solutions is the addition, to the membrane, of materials that do not depend on the presence of water for the proton conductivity, such as protic ionic liquids (PIL). The PIL have a reactive proton, making them attractive to be used in proton exchange membranes (PEM). The addition of these PIL to an ionic polymer matrix, such as sodium alginate (NaAlg), presents an alternative to the PEM currently used. Thus, the main goal of this thesis was to introduce different PIL to a polymeric matrix of NaAlg and to verify the ability of the produced membrane in the conduction of protons at more elevate temperatures. Initially, a study was carried out with different PIL to select those that would be added to the NaAlg matrix to produce the membranes. Then, these membranes were characterized concerning their morphology, thermal resistance, mechanical resistance, and conductivity. It was concluded that the drying method and the compatibility between the PIL and the polymeric matrix significantly influenced the morphology and properties of the membrane. A greater compatibility between the PIL and the polymer and a better distribution of the PIL throughout the polymeric matrix led to higher conductivity values, although materials presenting lower thermal and mechanical resistance have been produced, as consequence. Membranes with electrochemical, thermal and mechanical properties in the same order of magnitude as promising membranes found in the literature for the proposed application were obtained.
Palavras-chave: Membranas
Líquidos iônicos
Alginatos
Células a combustível
Alginato de Sódio
Líquidos iônicos próticos
Membranes
Ionic liquids
Alginates
Fuel Cells
Sodium Alginate
Protic ionic liquids
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Citação: NASCIMENTO, Alene Dutra. Membranas condutoras de prótons a base de alginato de sódio e líquidos iônicos próticos. 2020. 174 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Instituto de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2020.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/24088
Data de defesa: 14-Abr-2020
Aparece nas coleções:Doutorado em Engenharia Química

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