Análise do desempenho de pilhas de combustível do tipo pemfc com cátodo aberto ao ar

Ana C. Teixeira¹, Diogo Pinto¹, Vasco Silva^1*, Rogério Colaço²

¹ SRE – Soluções Racionais de Energia, S.A., Polígono Industrial do Alto do Ameal, Pav. C 13

2565-641 Ramalhal, Portugal

² Departamento de Engenharia de Materiais e ICEMS, Instituto Superior Técnico, Av. Rovisco Pais, 1096 Lisboa Codex, Portugal

* vsilva@fe.up.pt

RESUMO: As pilhas de combustível a hidrogénio do tipo membrana de permuta protónica (Proton Exchange Membrane Fuel Cell - PEMFC), produzidas pela empresa SRE – Soluções Racionais de Energia, SA caracterizam-se pela inserção do hidrogénio no ânodo ser efectuada através de um sistema de canais fechados e pelo facto do cátodo ser aberto ao ar.

O presente trabalho teve como objectivo efectuar uma análise do desempenho e dos efeitos do envelhecimento das pilhas modelo SRE 10SR4-A, que são constituídas por 8 células, com potência nominal de 10 W. Para tal, diferentes pilhas foram ensaiadas em situações de funcionamento real sob corrente constante, por diferentes períodos de tempo (808h, 1503h e 2126h) em condições de pressão e temperatura ambiente. O desempenho das pilhas foi estudado examinando as curvas de polarização. Após o período de testes, as MEA (Membrane Electrode Assembly) que apresentaram melhor e pior tensão individual foram retiradas de cada uma das pilhas para caracterização por Microscopia Electrónica de Varrimento (SEM).

Palavras-chave: Pilhas de Combustível; PEMFC; MEA; Degradação; SEM; Morfologia.

ABSTRACT: This work is focused on the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) stack, model 10SR4-A from SRE – Soluções Racionais de Energia, SA. It is a stack composed of 8 cells, with nominal power of 10 W and its most remarking characteristic consist of an open-air cathode while hydrogen is supplied to the anode in a dead-end mode.

In order to study the performance and aging effects on morphological features of the Membrane Electrode Assembly (MEA) stacks were assembled and tested in a real life functioning situation under ambient pressure and temperature. The stacks were operated under steady load for different lengths of time: 808h, 1503h and 2126h. Stacks performance was studied by examining the stacks polarization curves. After the lifetime tests, the MEA’s from the cells that presented better and worst individual voltage, for each stack, were taken for characterization by Scanning Electron Microscopy (SEM).

Keywords: Fuel Cells; PEMFC; MEA; Degradation; SEM; Morphology.

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REFERÊNCIAS

[1] M. Mikkola. Experimental Studies on Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell Stacks. Master Thesis, Helsinki University of Technology, 2001.        [ Links ]

[2] S. Kundu, M.W. Fowler, L.C. Simon, S. Grot, J. Power Sources, 157 (2006) 650.

[3] D. Liu, S. Case, J. Power Sources, 162 (2006) 521.

[4] S.J.C.Cleghorn, D.K.Mayfield, D.A.Moore, J.C. Moore, G.Rush, T.W.Sherman, N.T.Sisofo, U.Beuscher, J. of Power Sources, 158 (2006) 446.

[5] T. Fabian, J.D. Posner, R. O’Hayre, Suk-Won Cha, J.K. Eaton, F.B. Prinz, J.G. Santiago, J. Power Sources, 161 (2006) 168.

[6] M. Schulze, N. Wagner, T. Kaz, T.A. Friedrich, Electrochimica Acta, 52 (2007) 2328.

[8] Jingrong Yu, Toyoaki Matsuura, Yusuke Yoshikawa, Md Nazrul Islam and Michio Hori, Electrochemical and Solid-State Letters, 8 (3) (2005) A156.

[9] S.D.Knights, , K.M.Colbow, Jean St-Pierre, D.P. Wilkinson,  J. Power Sources, 127 (2004) 127.

[10] Vasco Silva. et al., Advances in fuel cells, (2005) 57.

[11] K. Sopian, W.R. Wan Daud, Renewable Energy, 31 (2006) 719.

[12] S.J.C.Cleghorn, D.K.Mayfield, D.A.Moore, J.C. Moore, G.Rush, T.W.Sherman, N.T.Sisofo, U.Beuscher,  J. Power Sources, 158 (2006) 446.

[13] E. Endoh, S. Terazono, H. Widjaja, Y. Takimoto, Electrochemical and Solid-State Letters, 7 (7) (2004) A209.

[14] Xingwen Yu, Siyu Ye, J. Power Sources (2007), doi:10.1016/j.powsour.2007.07.048.