Avaliação dos parâmetros de membranas de quitosana para aplicação em células a combustível

Abstract

Resumo: A quitosana é um biopolímero que tem despertado interesse em sua aplicação como membrana condutora de prótons para células a combustível do tipo PEM. Estudos têm sido desenvolvidos na preparação de membranas compósitas de quitosana (polímero minotário) e outro polímero (majoritário) os quais utilizam membranas de quitosana pura somente como referência na comparação de dados, deixando de explorar as características individuais da mesma. No entanto, é necessário elevar a condutividade protônica das mesmas, modificando suas propriedades e avaliando a influência das variáveis no preparo de membranas, para torná-las competitivas ao Nafion®. Este trabalho teve como objetivo desenvolver membranas de quitosana para uso como eletrólito em células a combustível PEM. Para isso foram obtidas três quitosanas, com grau de desacetilação (GD) e massa molar (Mv) diferentes, e variadas as condições de preparo das membranas para obtenção de cinco espessuras diferentes. O GD e Mv ideal da quitosana para obtenção das membranas podem refletir na condução protônica, onde maior GD e menor Mv, podem resultar em menores condutividades. Os estágios de degradação característicos das membranas de quitosana, estão entre 200 a 300°C e 500 a 600°C. O ataque químico à estrutura da membrana foi observado. A diferença de espessura e o caráter semicristalino das amostras, apresentaram condutividade entre 2,0.10-4 e 1,8.10-3 S.cm-1. Palavras-Chave: Hidrogênio, membrana, quitosana, condutividade protônica.

Abstract: Chitosan is a biopolymer that has awakened some interests in the aplication as a proton-conducting membrane for PEM fuel cells. Studies have shown that membrane preparation is composed by chitosan (minority polymer) and other polymer (majority polymer), which uses pure chitosan membrane only as a reference to compare results and not exploring some possible individual characteristics from chitosan. However, it is necessary to increase the proton conductivity from the membranes, changing its properties and evaluating the infuence of variables in the membrane preparation to become competitive to Nafion®. This present work has as objective to develop chitosan membranes in order to evaluate their influence on proton conduction in fuel cell of type PEM. For this, three chitosans with different degree of deacetylation (GD) and molar weight (Mv) were obtained, and varies the conditions of preparation of the membranes were obtained to obtain five different thicknesses. The ideal GD and Mv of chitosan to obtain membranes may reflect in the proton conduction, where higher GD and lower Mv may result in lower conductivities. The characteristic degradation stages of the chitosan membranes are between 200 to 300°C and 500 to 600°C. The chemical attack on the membrane structure was observed. The difference in thickness and the semicrystalline character of the samples showed conductivity between 2,0.10-4 e 1,8.10-3 S.cm-1. Key-words: Hydrogen, membrane, chitosan, proton conductivity.