Estudo da reação de oxidação de etanol em ânodos de células a combustível SOFC

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2019
Autor(a) principal: Guilherme Gonçalves de Aquino Saglietti
Orientador(a): Edson Antonio Ticianelli
Banca de defesa: Massimiliano Lo Faro, Joelma Perez, Margarida Juri Saeki
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade de São Paulo
Programa de Pós-Graduação: Química
Departamento: Não Informado pela instituição
País: BR
Link de acesso: https://doi.org/10.11606/T.75.2019.tde-05082019-103833
Resumo: Células a combustível de óxido sólido (SOFC) produzem energia elétrica em elevadas temperaturas e, devido a isto, não necessitam da utilização de metais nobres para a promoção das reações eletródica em seus eletrodos. Entretanto, independentemente deste fato, quando biocombustíveis são utilizados diretamente há a formação de carbono nos eletrodos, o que promove a rápida degradação do dispositivo. Neste trabalho são preparados e estudados catalisadores anódicos baseados em níquel e num segundo metal para utilização como pré-camada anódica em células a combustível SOFC operando a 800 °C visando-se mitigar os efeitos da formação de carbono, aumentar o desempenho e prolongar a vida útil do dispositivo em operação com biocombustíveis, especialmente o etanol. Foram estudados os metais Co, Cu, Ru, Pd, Rh, e Ba. Os materiais foram caracterizados fisicamente para se estabelecer as suas estruturas cristalográficas bem como composição e morfologia. Estudou-se também o desempenho eletroquímico através do levantamento de curvas de polarização em estado estacionário, espectroscopia de impedância eletroquímica e cronoamperometria. Por fim, utilizou-se a técnica de espectrometria de massas para identificação de produtos reacionais. Da maneira como utilizadas, as camadas préanódicas atuaram como um filtro catalítico, promovendo reações de reforma e entregando ao ânodo um combustível com menor teor carbonáceo. Desta maneira todos os materiais mostraram-se em certa extensão capazes de promover a operação de células SOFC com etanol. Observou-se também atividade catalítica para outros combustíveis, sendo possível até mesmo a operação com metano e propano. Para fins deste estudo, o material que demonstrou melhor comportamento ante a operação com etanol tratou-se do NiRu, sendo alcançadas densidades de potência próximas a 0,9 W cm-2 a 500 mV. Em teste de durabilidade observou-se que a célula contendo este material operou por 150 h ininterruptas, ante 15 minutos possíveis para a célula sem proteção.
id USP_992cf87ecfbf6f39fa16c8659c4e58d4
oai_identifier_str oai:teses.usp.br:tde-05082019-103833
network_acronym_str USP
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
repository_id_str
spelling info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis Estudo da reação de oxidação de etanol em ânodos de células a combustível SOFC Studies of ethanol oxidation reaction over SOFC anodes 2019-05-06Edson Antonio TicianelliMassimiliano Lo FaroJoelma PerezMargarida Juri SaekiGuilherme Gonçalves de Aquino SagliettiUniversidade de São PauloQuímicaUSPBR células a combustível electrical energy production electrochemistry eletroquímica etanol ethanol fuel cells produção de energia elétrica SOFC SOFC Células a combustível de óxido sólido (SOFC) produzem energia elétrica em elevadas temperaturas e, devido a isto, não necessitam da utilização de metais nobres para a promoção das reações eletródica em seus eletrodos. Entretanto, independentemente deste fato, quando biocombustíveis são utilizados diretamente há a formação de carbono nos eletrodos, o que promove a rápida degradação do dispositivo. Neste trabalho são preparados e estudados catalisadores anódicos baseados em níquel e num segundo metal para utilização como pré-camada anódica em células a combustível SOFC operando a 800 °C visando-se mitigar os efeitos da formação de carbono, aumentar o desempenho e prolongar a vida útil do dispositivo em operação com biocombustíveis, especialmente o etanol. Foram estudados os metais Co, Cu, Ru, Pd, Rh, e Ba. Os materiais foram caracterizados fisicamente para se estabelecer as suas estruturas cristalográficas bem como composição e morfologia. Estudou-se também o desempenho eletroquímico através do levantamento de curvas de polarização em estado estacionário, espectroscopia de impedância eletroquímica e cronoamperometria. Por fim, utilizou-se a técnica de espectrometria de massas para identificação de produtos reacionais. Da maneira como utilizadas, as camadas préanódicas atuaram como um filtro catalítico, promovendo reações de reforma e entregando ao ânodo um combustível com menor teor carbonáceo. Desta maneira todos os materiais mostraram-se em certa extensão capazes de promover a operação de células SOFC com etanol. Observou-se também atividade catalítica para outros combustíveis, sendo possível até mesmo a operação com metano e propano. Para fins deste estudo, o material que demonstrou melhor comportamento ante a operação com etanol tratou-se do NiRu, sendo alcançadas densidades de potência próximas a 0,9 W cm-2 a 500 mV. Em teste de durabilidade observou-se que a célula contendo este material operou por 150 h ininterruptas, ante 15 minutos possíveis para a célula sem proteção. Solid Oxide Fuel Cells produce electrical energy at high temperatures without the need of noble metals. However, when a biofuel is directly used, carbon formation takes place, also known as \"coking\", which promotes rapid system degradation. In this work, bimetallic nickel based anodic catalysts are prepared and studied as anode prelayers for SOFC working at 800 °C fed with ethanol. The aims are to mitigate the effects of coking, improve the cell performance and extend the life usage of these devices when operating with biofuels, specially ethanol. As second metals Co, Cu, Ru, Pd, Rh and Ba were studied. The catalysts were physically characterized to establish their crystal structures as well as their chemical composition, and morphology. Electrochemical performance was studied using steady state olarization curves, electrochemical impedance spectroscopy and chronoamperometry for lifetime tests. Mass spectrometry was used in order to identify reactional products. In the way they were conceived and used, the anodic pre-layers worked as catalytic filters, promoting reforming reactions, delivering to anode surface a fuel with lower carbon content. All the studied materials showed in some extent activity for SOFC operating with biofuels, even making possible the operations with methane and propane. In the studies, NiRu material showed the best performance when operating with ethanol, reaching power densities as high as 0,9 W cm-2 at 500 mV. Endurance test made with this material showed that by using the NiRu based anode pre-layer fed with ethanol, under different load conditions, it is possible to operate the SOFC for about 150 h without interruption, versus 15 minutes for the uncovered anode. https://doi.org/10.11606/T.75.2019.tde-05082019-103833info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USP2023-12-21T18:16:28Zoai:teses.usp.br:tde-05082019-103833Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212019-11-08T20:51:24Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
dc.title.pt.fl_str_mv Estudo da reação de oxidação de etanol em ânodos de células a combustível SOFC
dc.title.alternative.en.fl_str_mv Studies of ethanol oxidation reaction over SOFC anodes
title Estudo da reação de oxidação de etanol em ânodos de células a combustível SOFC
spellingShingle Estudo da reação de oxidação de etanol em ânodos de células a combustível SOFC
Guilherme Gonçalves de Aquino Saglietti
title_short Estudo da reação de oxidação de etanol em ânodos de células a combustível SOFC
title_full Estudo da reação de oxidação de etanol em ânodos de células a combustível SOFC
title_fullStr Estudo da reação de oxidação de etanol em ânodos de células a combustível SOFC
title_full_unstemmed Estudo da reação de oxidação de etanol em ânodos de células a combustível SOFC
title_sort Estudo da reação de oxidação de etanol em ânodos de células a combustível SOFC
author Guilherme Gonçalves de Aquino Saglietti
author_facet Guilherme Gonçalves de Aquino Saglietti
author_role author
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Edson Antonio Ticianelli
dc.contributor.referee1.fl_str_mv Massimiliano Lo Faro
dc.contributor.referee2.fl_str_mv Joelma Perez
dc.contributor.referee3.fl_str_mv Margarida Juri Saeki
dc.contributor.author.fl_str_mv Guilherme Gonçalves de Aquino Saglietti
contributor_str_mv Edson Antonio Ticianelli
Massimiliano Lo Faro
Joelma Perez
Margarida Juri Saeki
description Células a combustível de óxido sólido (SOFC) produzem energia elétrica em elevadas temperaturas e, devido a isto, não necessitam da utilização de metais nobres para a promoção das reações eletródica em seus eletrodos. Entretanto, independentemente deste fato, quando biocombustíveis são utilizados diretamente há a formação de carbono nos eletrodos, o que promove a rápida degradação do dispositivo. Neste trabalho são preparados e estudados catalisadores anódicos baseados em níquel e num segundo metal para utilização como pré-camada anódica em células a combustível SOFC operando a 800 °C visando-se mitigar os efeitos da formação de carbono, aumentar o desempenho e prolongar a vida útil do dispositivo em operação com biocombustíveis, especialmente o etanol. Foram estudados os metais Co, Cu, Ru, Pd, Rh, e Ba. Os materiais foram caracterizados fisicamente para se estabelecer as suas estruturas cristalográficas bem como composição e morfologia. Estudou-se também o desempenho eletroquímico através do levantamento de curvas de polarização em estado estacionário, espectroscopia de impedância eletroquímica e cronoamperometria. Por fim, utilizou-se a técnica de espectrometria de massas para identificação de produtos reacionais. Da maneira como utilizadas, as camadas préanódicas atuaram como um filtro catalítico, promovendo reações de reforma e entregando ao ânodo um combustível com menor teor carbonáceo. Desta maneira todos os materiais mostraram-se em certa extensão capazes de promover a operação de células SOFC com etanol. Observou-se também atividade catalítica para outros combustíveis, sendo possível até mesmo a operação com metano e propano. Para fins deste estudo, o material que demonstrou melhor comportamento ante a operação com etanol tratou-se do NiRu, sendo alcançadas densidades de potência próximas a 0,9 W cm-2 a 500 mV. Em teste de durabilidade observou-se que a célula contendo este material operou por 150 h ininterruptas, ante 15 minutos possíveis para a célula sem proteção.
publishDate 2019
dc.date.issued.fl_str_mv 2019-05-06
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://doi.org/10.11606/T.75.2019.tde-05082019-103833
url https://doi.org/10.11606/T.75.2019.tde-05082019-103833
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade de São Paulo
dc.publisher.program.fl_str_mv Química
dc.publisher.initials.fl_str_mv USP
dc.publisher.country.fl_str_mv BR
publisher.none.fl_str_mv Universidade de São Paulo
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
instname:Universidade de São Paulo (USP)
instacron:USP
instname_str Universidade de São Paulo (USP)
instacron_str USP
institution USP
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)
repository.mail.fl_str_mv virginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.br
_version_ 1786376582596657152