Title

OBTENÇÃO DE CAMADAS DE DIFUSÃO GASOSA PARA PEMFC MODIFICADAS POR FOTO-FUNCIONALIZAÇÃO HIDROFÓBICA

OBTAINING GAS DIFFUSION LAYERS FOR PEMFC MODIFIED BY HYDROPHOBIC FUNCTIONALIZATION WITH UV LIGHT

Authorship

Siqueira, Tiago de Abreu; Kessler, Felipe; Amico, Sandro Campos; Malfatti, Célia de Fraga; Weibel, Daniel Eduardo

Siqueira, Tiago de Abreu

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Kessler, Felipe

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Amico, Sandro Campos

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Malfatti, Célia de Fraga

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Weibel, Daniel Eduardo

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DOI

10.5151/2594-5327-21040

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Abstract

As células a combustível do tipo PEMFC necessitam de alta durabilidade, eficiência e custo baixo de produção para que tenham aplicação prática. Um dos componentes da célula denominado MEA (Membrane Electrode Assembly) é composto por uma membrana trocadora de prótons e por eletrodos de difusão gasosa (CDG) que devem ser altamente condutores, porosos e hidrofóbicos. As CDGs com alta hidrofobicidade são geralmente preparadas com revestimentos à base de PTFE (politetrafluoretileno) sobre a superfície do substrato (polímero reforçado com fibra/ papel de carbono). No entanto, alguns estudos têm demonstrado que o desempenho das CDG’s tende a diminuir com o aumento de PTFE na superfície. O presente trabalho apresenta um método de tratamento superficial através de modificação assistida por radiação UV na presença do agente hidrofóbico (TMPSi). Foram realizadas modificações superficiais inserindo grupos hidrofóbicos na superfície da CDG com a imersão da mesma em H2O2 10% por 2 minutos em seguida irradiada (254 nm) na presença de TMPSi por 60 min e 120 min. Aplicou-se também um tratamento térmico à 80°C por 120 minutos após a irradiação. As amostras foram caracterizadas por WCA (water contact angle), FTIR-ATR e medidas de condutividade. Os resultados evidenciaram a eficiência do tratamento proposto para a produção de CDGs hidrofóbicas em alternativa aos tratamentos convencionais com PTFE e a um custo reduzido.

The fuel cell type PEMFC requires high durability, efficiency and low cost of production that have practical application. A component of the cell termed MEA (Membrane Electrode Assembly) comprises a proton exchange membrane and gas diffusion electrodes (CDG) to be highly conductive, porous and hydrophobic. The CDGs high hydrophobicity, are generally prepared with coatings based on PTFE (polytetrafluoroethylene) on the surface of the substrate (fiber reinforced polymer/ carbon paper). However, some studies have shown that the performance of CDG's tends to decrease with increasing PTFE surface. This paper discloses a method of surface treatment by using a modified assisted by UV radiation in the presence of thehydrophobic agent (TMPSi). Surface modifications were made by inserting the hydrophobic groups on the surface CDG by immersing the same in 10% H2O2 for 2 minutes then irradiated (254 nm) in the presence of TMPSi 60 min and 120 min. Was also applied a heat treatment at 80°C for 120 minutes after irradiation. The samples were characterized by WCA (water contact angle), FTIR-ATR and conductivity measurements. The results show the effectiveness of the proposed treatment for the production of hydrophobic CDGs alternatively to the conventional treatments to PTFE and at low cost.

Keywords

Célula combustível; Difusão gasosa; Foto-funcionalização; UV.

Fuel cell; Gas diffusion; Photo-functionalization; UV.