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Dissertações de Mestrado Defendidas: 2011

Síntese e Caracterização de Polímeros Epoxídicos Sulfonados para Membranas de Células a Combustível do tipo PEM.

Autora: Lyzed Arelis Toloza Blanco.
Orientadores: Ana Maria Rocco, Robson Pacheco Pereira.

Resumo

Membranas condutoras protônicas são empregadas em células a combustível de membrana polimérica (PEMFC). Essas membranas devem apresentar estabilidade química, eletroquímica e mecânica, além de condutividade protônica adequada para esta aplicação. Atualmente, a membrana comercial Nafion é a mais empregada em PEMFC, porém, tem sua condutividade diminuída pela desidratação em temperaturas superiores a 80°C.

Visando substituir membranas comerciais como o Nafion, desenvolvendo outros sistemas com propriedades otimizadas à aplicação em PEMFC, vários trabalhos têm sido reportados sobre membranas baseadas em blendas, copolímeros, compósitos, nanocompósitos e redes interpenetrantes poliméricas (IPN e semi-IPN).

No presente trabalho, foram sulfonadas e caracterizadas membranas baseadas em semi-IPN, referidas simplesmente como IPN (membranas não sulfonadas) e IPN-SO3H (membranas sulfonadas). Para a obtenção das semi-IPN, partiu-se do DGEBA (diglicidil éter do bisfenol A) e da PEI (polietilenoimina) utilizando como agente de cura para a reticulação do DGEBA o reagente DDS (diamino difenil sulfona).

Para a obtenção das membranas IPN-SO3H, foram empregadas quatro diferentes razões molares entre o agente sulfonante e o número de grupos aromáticos no sistema: 1:4; 1:2; 1:1 e 2:1 em membranas contendo 38 e 41 % em massa de PEI. As membranas foram caracterizadas por espectroscopia vibracional no infravermelho (FTIR), análise termogravimétrica (TG) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS). Adicionalmente, foram também realizados ensaios de absorção de água e análise elementar, além de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e fotomacrografias das amostras.

Os resultados obtidos por FTIR confirmaram a presença de grupos sulfônicos ligados covalentemente à cadeia, enquanto as alterações na estrutura química oriundas dos diferentes graus de sulfonação foram também detectados.

A estabilidade térmica das membranas IPN-SOH, determinada por TG, foi de aproximadamente 230°C, superior àquela reportada para outros sistemas descritos na literatura. A condutividade dos sistemas estudados foi da ordem de 10-5 Ω-1cm-1, para membranas IPN38-SO3H e 10-4 Ω-1cm-1, para membranas IPN41-SO3H. Em ambos os sistemas, foi detectado um comportamento de Arrhenius da condutividade protônica com a temperatura, na faixa estudada.

Os resultados indicam que as membranas IPN-SO3H estudadas no presente trabalho constituem um sistema promissor para aplicação como membranas em PEMFC em trabalhos futuros. Para tanto, propõe-se a alteração da composição das IPN sulfonadas de modo a elevar a condutividade protônica, bem como a otimização de algumas propriedades estudadas.