Efeitos da temperatura e da concentração de CO e CO2 sobre a eletrocatálise da oxidação de hidrogênio em eletrodos à base de Pt e Mo

• Ano de defesa: 2012
• Autor(a) principal: Nepel, Thayane Carpanedo de Morais
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: carbon dioxide; carbon monoxide; dióxido de carbono; monóxido de carbono; PEMFC
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-17042012-171421/

Um dos grandes desafios a ser vencido para a utilização em larga escala das células a combustível de eletrólito polimérico alimentada com H2 obtido por reforma é a contaminação da superfície do eletrocatalisador de Pt, usualmente utilizado no ânodo,pelos gases CO e CO2 presentes no combustível. Neste trabalho é apresentado o estudo dos mecanismos de tolerância de materiais formados por Pt e Mo (Pt/C, Pt3Mo2/C e Pt1Mo1/C) aos contaminadores CO e CO2 e a influência da temperatura nesses processos. Os estudos foram realizados por meio de curvas de polarização com medidas de espectrometria de massas (EM) on line, experimentos de EM em circuito aberto e voltametria linear de remoção de CO adsorvido no catalisador em diferentes temperaturas. Para os catalisadores Pt/C e Pt3 Mo2 /C os resultados mostraram um aumento em 10 vezes na tolerância ao CO quando a temperatura de operação da célula é elevada em 20°C (de 85°C a 105°C) e uma tolerância significativamente superior do Pt3Mo2/C em relação à Pt/C. A ocorrência do mecanismo bifuncional, do mecanismo Eley-Rideal e da reação de Troca Gás-Água (do inglês Water Gas Shift - WGS) foi confirmada apenas para PtMo/C; porém, a diminuição do sobrepotencial de oxidação do CO com o aumento da temperatura foi notada para ambos os catalisadores. A reação de WGS é acelerada com a elevação da temperatura, confirmando que a cinética é a determinante da reação.Também foi realizada a quantificação do cruzamento do O2 do cátodo para o ânodo, sua participação na eliminação do CO e a influência da temperatura nesse processo. Observou-se que a oxidação parcial do CO pelo O2 efetivamente ocorre, aumenta com a temperatura, porém pouco contribui no processo global de tolerância dos catalisadores Pt/C e PtMo/C. Em relação ao contaminante CO3, confirmou-se a ocorrência da reação RWGS (WGS reversa) para ambos os catalisadores, assim como a reação RWGS eletroquímica. Em termos de desempenho de célula,excelentes resultados foram obtidos com a mesma operando a 105°C - para Pt3Mo2/C e utilizando uma mistura de H2/CO(75 ppm)/CO2(25%), observando-se sobrepotencial anódico de apenas 40 mV em relação ao hidrogênio puro em densidade de corrente de 1 Acm-2.