Influência da variação da estrutura e do teor de água na condutividade de líquidos iônicos próticos para aplicação em células a combustível

Referencia Apresentador Autores
(Instituição)
Resumo
IVo29-001
Lilian Ferreira De Senna Nascimento, A.D.(Universidade do Estado do Rio de Janeiro); De Senna, L.F.(Universidade do Estado do Rio de Janeiro); Dos Reis, R.A.(Universidade do Estado do Rio de Janeiro); Mattedi, S.(UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA); Santos, J.S.(UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA); A operação de células a combustível com membranas condutoras de prótons a altas temperaturas (>120°C), apesar de ser promissora e contornar os problemas existentes a baixas temperaturas, apresenta problemas relacionados ao gerenciamento de água, trazendo a necessidade de umidificação de membranas cuja condutividade iônica depende da água. Isso acontece com a Nafion®, o polímero mais usado como membrana condutora de prótons. Uma alternativa já usada comercialmente é a membrana de polibenzilimidazol (PBI) dopada com ácido fosfórico. No entanto, o uso de um ácido como eletrólito aumenta consideravelmente o risco de degradação dos componentes do sistema da célula a combustível gerada por um possível vazamento do ácido. Uma das alternativas é o uso de membranas dopadas com líquidos iônicos (LIs) próticos, que apresentam volatilidade desprezível, não inflamabilidade, altas estabilidades térmica e eletroquímica, além de excelente condutividade iônica até mesmo em condições anidras, característica pela qual seu uso é promissor para células que operam a altas temperaturas. Assim, a seleção de um líquido iônico com características apropriadas é fundamental para maximização da condutividade da membrana final. Os líquidos iônicos formados pelas combinações entre os cátions 2HEA+ (2-hidroxietilamônio), m-2HEA+ (2-metilhidroxietilamônio) e b-2HEA+ (2-butilhidroxietilamônio) e o ânion A- (acetato) foram selecionados e caracterizados por titulação de Karl Fischer (para determinação do teor de água), análise termogravimétrica (para determinação da temperatura inicial de degradação) e espectroscopia de impedância eletroquímica (para determinação da condutividade de prótons). Foi possível observar que a condutividade dos líquidos iônicos próticos muda devido a variados parâmetros, porém todos associados a sua viscosidade, caracterizando o mecanismo difusivo de transporte de prótons. O aumento do teor de água leva ao aumento da condutividade do líquido iônico, quando se adiciona água o suficiente para alteração da viscosidade do líquido iônico. Isso ocorre porque a diminuição da viscosidade leva ao aumento da mobilidade dos prótons. Fixando-se o ânion A-, a ordem das condutividades foi m-2HEAA > 2HEAA > b-2HEAA. Apesar da cadeia alquil do cátion m-2HEA+ ser maior que a do 2-HEAA+, o primeiro apresenta menor polaridade, pois a presença do grupo apolar ligado ao cátion diminui sua polaridade, diminuindo as forças intermoleculares presentes no líquido iônico e consequentemente sua viscosidade. A menor condutividade do b-2HEAA em relação aos outros era esperada, em função da maior cadeia alquil, que leva a maiores viscosidades. O m-2HEAA, apesar da maior condutividade, apresenta temperatura inicial de degradação abaixo de 120 °C. Assim, o 2HEAA foi selecionado e usado na dopagem de uma membrana de alginato de sódio, com teor de 30% em massa. A condutividade da membrana formada, medida por espectroscopia de impedância eletroquímica, aumenta com a temperatura.
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