Células a combustível microfluídicas baseadas em papel alimentadas por derivados da biomassa.

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Lima, André Luiz Dias
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Baterias de papel
Etanol
Metanol
Cátodo livre de metal
Etilenoglicol
Link de acesso: https://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/19607
Resumo: Programa de Pós-Graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais. Departamento de Química, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto.
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spelling Células a combustível microfluídicas baseadas em papel alimentadas por derivados da biomassa.Baterias de papelEtanolMetanolCátodo livre de metalEtilenoglicolPrograma de Pós-Graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais. Departamento de Química, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto.Células combustíveis de papel são dispositivos emergentes que convertem energia química em energia elétrica através do fluxo de soluções contendo combustível e oxidantes. A capilaridade do papel conduz os líquidos, excluindo a necessidade de bombas externas. Esses conversores de energia são portáteis, descartáveis, flexíveis e de baixo custo, adequados para produzir energia para dispositivos eletrônicos de baixa potência. Aqui, pela primeira vez, relatamos uma célula a combustível microfluídica baseada em papel (PμFC) equipada com ânodo Pt/C em papel carbono (CP) e um cátodo de CP livre de metal alimentado por combustíveis derivados de biomassa para fornecer a máxima potência destes dispositivos. As células foram projetadas em configuração de meio misto, onde metanol, etanol, etileno glicol ou glicerol é eletro-oxidado em meio alcalino enquanto Na2S2O8 é reduzido em meio ácido. Essa estratégia permite otimizar cada reação de meia célula de forma independente. O canal colaminar do papel de celulose foi investigado quimicamente mapeando a composição, que revela a maioria dos elementos do catolito e do anolito em cada respectivo lado, e uma mistura de ambos na interface, revelando o sistema colaminar existente. Pela primeira vez, utilizamos vídeos que registram o movimento dos líquidos para determinar a velocidade de fluxo. Todos as PμFCs mostram 150-200 s para construir o fluxo colaminar estável, que corresponde ao tempo para atingir uma tensão de circuito aberto estável. A velocidade de fluxo é semelhante para diferentes concentrações de metanol e etanol, mas diminui com o aumento das concentrações de etileno glicol e glicerol, sugerindo maior tempo de residência para os reagentes. As células funcionam de maneira diferente para as diferentes concentrações e suas densidades de potência são resultado de uma combinação de variáveis, como o envenenamento do ânodo, tempo de residência e viscosidade dos líquidos. As PμFCs podem ser alimentadas alternadamente pelos quatro combustíveis derivados de biomassa para fornecer ~2,2-3,9 mW cm-2 . Isso permite escolher o combustível adequado em função da sua disponibilidade. A inédita PμFC alimentada por etileno glicol forneceu 6,76 mW cm-2 , que é a potência de saída mais alta reportada na literatura para uma célula de papel alimentada com álcool.Paper fuel cells are emerging devices that convert chemical energy into electrical energy through the flow of solutions containing fuel and oxidants. The paper's capillarity conducts the liquids, eliminating the need for external pumps. These power converters are portable, disposable, flexible and low-cost, suitable for producing power for low-power electronic devices. Here, for the first time, we report a paper-based microfluidic fuel cell (PμFC) equipped with a Pt/C anode on carbon paper (CP) and a metal-free CP cathode powered by biomass- derived fuels to provide high power. The cells were designed in a mixed media configuration, where methanol, ethanol, ethylene glycol or glycerol is electro-oxidized in an alkaline medium while Na2S2O8 is reduced in an acidic medium. This strategy allows you to optimize each half- cell reaction independently. The cellulose paper colaminar channel was investigated chemically by mapping the composition, which reveals the majority of catholyte and anolyte elements on each respective side, and a mixture of both at the interface, revealing the existing colaminar system. For the first time, we use videos that record the movement of liquids to determine flow speed. All PμFCs show 150-200 s to build stable colaminar flow, which corresponds to the time to reach a stable open circuit voltage. The flow velocity is similar for different concentrations of methanol and ethanol, but decreases with increasing concentrations of ethylene glycol and glycerol, suggesting a longer residence time for the reactants. Cells function differently for different concentrations and their power densities are the result of a combination of variables, such as anode poisoning, residence time and liquid viscosity. The PμFCs can be alternately powered by the four biomass-derived fuels to deliver ~2.2-3.9 mW cm-2 . This allows you to choose the appropriate fuel depending on its availability. The unprecedented PμFC powered by ethylene glycol provided 6.76 mW cm-2 , which is the highest output power reported in the literature for a paper battery powered by alcohol.Silva, Adilson Cândido daMartins, Cauê AlvesSilva, Adilson Cândido daSilva, Giuseppe Abíola Câmara daPassos, Raimundo RibeiroNogueira, André EstevesCazati, ThiagoLima, André Luiz Dias2025-01-23T19:12:40Z2025-01-23T19:12:40Z2024info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfLIMA, André Luiz Dias. Células a combustível microfluídicas baseadas em papel alimentadas por derivados da biomassa. 2024. 55 f. Tese (Doutorado em Química) - Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2024.https://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/19607http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 06/11/2024 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFOPinstname:Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP)instacron:UFOP2025-02-13T10:06:57Zoai:repositorio.ufop.br:123456789/19607Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufop.br/oai/requestrepositorio@ufop.edu.bropendoar:32332025-10-20T22:18:06.984836Repositório Institucional da UFOP - Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP)false
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