Title

MATERIAIS CONJUGADOS E DISPOSITIVOS DE ESTADO SÓLIDO PARA TECNOLOGIAS DE CÉLULAS A COMBUSTÍVEL PARA UM CRESCIMENTO MUNDIAL SUSTENTÁVEL

SOLID STATE COMPOSITE MATERIALS AND DEVICES FOR FUEL CELL ENERGY TECHNOLOGIES FOR THE WORLD SUSTAINABLE GROWTH

Authorship

Furtado, José Geraldo de Melo

Furtado, José Geraldo de Melo

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DOI

10.5151/2594-5327-0059

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Abstract

Células a combustível são os mais eficientes geradores de energia para um futuro crescimento mundial sustentável e célula a combustível de membrana trocadora de prótons (PEMFC) e célula a combustível de óxido sólido (SOFC) são os mais promissores tipos de células a combustível. Em ambos os tipos, o cerne da célula a combustível é um dispositivo material conjugado de estado sólido, do qual emerge seus comportamentos. O objetivo deste trabalho é evidenciar as relações entre propriedades materiais e os desempenhos de PEMFC e SOFC, enfocando dispositivos e materiais conjugados avançados usados como componentes ativos de sistemas PEMFC e SOFC. Os principais materiais são estruturalmente caracterizados e os resultados são relacionados ao comportamento elétrico destas células a combustível e aos seus desempenhos energético, econômico e ambiental. A despeito das diferenças entre as tecnologias PEMFC e SOFC, os aspectos estudados mostram que os desempenhos destas células a combustível dependem de similares propriedades materiais específicas, tais como densidade do eletrólito e sua condutividade iônica, homogeneidade da dispersão de catalisadores e densidade de sítios ativos, parâmetros micro e nanoestruturais dos anodos e catodos, os quais influenciam os complexos fenômenos elétricos e difusivos que determinam o desempenho energético- ambiental destes sistemas de células a combustível.

Fuel cells are the most efficient electric energy generator for a future world sustainable growth, and proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) and solid oxide fuel cell (SOFC) are the most promising fuel cell types. On both types, the heart of the fuel cell is a solid-state composite material-device of which emerge the fuel cell behaviors. The aim of this work is to evidence the relations between materials properties and PEMFC and SOFC performances. This work is concerned about advanced functional solid state composite materials and devices used as active component of PEMFC and SOFC systems. The main materials are structurally characterized and this materials characterization is related to PEMFC and SOFC electrical-energy macroscopic behaviors and environmental-energy-economic performances. In spite of differences between PEMFC and SOFC technologies, the studied aspects show that the global performances of the PEMFC and SOFC are dependent on specific and similar material properties such as electrolyte density and its ion transport ability, catalyst dispersion homogeneity and active size clusters, anodic and cathodic nano and microstructural parameters, which influence the complexity of the electrical and mass transport phenomena that determine the energy and environmental-friendly (greenhouse gas reduction) character and performances of the fuel cell systems.

Keywords

Caracterização; Células a combustível;PEMFC; SOFC.

Materials characterization; Fuel cells; PEMFC; SOFC.