Patent BR-0301417-A (BR)
Title: Conjunto capilar recirculante para células a combustìvel
Inventor: BAMBACE LUIZ ANTONIO WAACK
IPC: H01M2/38
Filed: 2003-05-14
Abstract: "CONJUNTO CAPILAR RECIRCULANTE PARA CéLULAS A COMBUSTìVEL". Caracterizado pela capacidade de promover um fluxo de convecção por gradientes de tensão superficial que atravessa toda a camada principal de catalisador, devido a ação conjunta de 3 elementos na montagem dos eletrodos de células a combustível de membrana seletiva: uma camada de material poroso entre esta membrana e a camada principal de catalisador, um elemento de conexão entre a camada porosa citada e o novo tipo de difusor de gás introduzido que agora é capaz de transportar simultaneamente líquido e gás, sem degradação significativa do transporte de gás com relação aos padrões atuais, sendo também presente uma zona secundária de reação, que se destina a consumir íons, reduzindo a carga eletrostática do banho, e aumentando a tensão superficial deste em uma das faces da camada principal de catálise, de forma a promover gradientes de tensão superficial e escoamento, a zona auxiliar de reação, pode estar nos novos difusores, caracterizados neste caso pela presença de cargas catalíticas secundárias que promovem aumento da tensão superficial do eletrólito por meio de reações químicas. Pode-se também ter recobrir a região principal de catálise com uma fina camada de material de granulometria maior, i.e. menor área específica, e aplicar uma carga de catalisador reduzida esta sobrecamada. O elemento de conexão poderá ser externo à camada catalítica principal ou estar na forma de inserções nesta camada com baixa área ocupada. A solução com catalisador no difusor contudo tem melhor resposta dinâmica Diferentes variantes construtivas relacionadas com a garantia de suprimento simultâneo de gás e líquido para a camada principal de catalisador, geram diferentes variantes do CONJUNTO CAPILAR RECIRCULANTE PARA CéLULAS A COMBUSTìVEL, e são descritas ao longo do documento. A promoção desta circulação, ao menos como meio de melhorar o transporte de oxigênio em cátodos de células a combustível, é a 1<a> inovação introduzida. Como esta circulação favorece o transporte de outros reagentes, surge a possibilidade de uso opcional eficiente de catálise múltipla, 2<a> inovação, por en, gerando-se H~ 2~O~ 2~ em um ponto e reduzindo-se em outro. Como 3<a> inovação tem-se o uso opcional de H~ 2~O~ 2~ gerado no próprio cátodo no auxílio à oxidação direta no ânodo de compostos orgânicos tais como metanol, etanol, formaldeído, ácido fórmico e outros líquidos de Fischer Tropsch, uma vez que há melhoria da resposta dinâmica com a convecção, e que muitas membranas seletivas de ionómeros são permeáveis à água oxigenada. Face a baixa dissipação térmica por unidade de área de membrana de células a combustível, as diferenças de tensão superficial devem ser obtidas por diferença de composição química e, em especial, a variação do teor de prótons é o meio mais eficiente para sua geração. Daí a presença de catalisador adicional fora da camada principal de catálise, execute esta carga adicional a redução completa do oxigênio ou a geração de H~ 2~O~ 2~ com ouro entre outros materiais. Em especial, face as características de transporte nesta região fora da camada principal de catalisador, não se faz necessário, mesmo quando se opta apenas a redução completa de oxigênio, o uso de catalisadores de alta atividade como a platina. Nas células a combustível normalmente se recircula o oxigênio ou ar, para garantir a refrigeração do eletrodo, e neste caso ao passar pelos de elementos de transporte de líquido do difusor, a mistura é naturalmente resfriada. Em células a combustível reversíveis para satélite, quer-se um conjunto sem partes móveis, e tem-se que resolver o problema de refrigeração sem a circulação de gases, como ocorre nas células de eletrodo polimérico de solo de hoje. Neste caso a convecção de líquido permite resfriar o sistema através do contato deste com uma fonte fria no percurso entre o pleno poroso e a região do difusor de oxigênio. Havendo geração de H~ 2~O~ 2~, este pode gerar corrente por redução eletrolítica em platina, rutênio, sais de rutênio ou bexacianoferratos estáveis no potencial de trabalho e acidez da célula. A convecção de H~ 2~O~ 2~ aumenta o fluxo de oxigênio para o processo de catálise dentro da camada principal, dando vantagem à catálise múltipla. No caso de células reversíveis, capazes de operar no modo eletrólise e de descarga, já se fazem necessárias alterações na camada de suporte do catalisador, para evitar sua oxidação por oxigênio nascente, e assim não se introduz qualquer implicação negativa adicional com a geração de peróxido. Resistem ao pH de células a combustível ácidas e peróxido: platina; ouro; carbetos de nióbio e tungstónio; rutênio; cianato de rutênio; oxinitretos de tungstênio, rutênio ou nióbio; e hexacianoferratos, como o azul da prússia; e hexacianoniquelatos, fosforidinas e a maioria dos ionómeros em especial os fluorados. Em alguns casos, o carbono também é adequado.