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Dissertations / Theses on the topic 'Tipo PEM'
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Ugolini, Francesco. "Analisi delle prestazioni di elettrolizzatori tipo PEM." Master's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2017.
Find full textAbstract:
Le fonti di energia rinnovabili rappresentano una forma di energia indispensabile al sostentamento dell’attuale sistema produttivo mondiale. L’energia eolica e fotovoltaica ricoprono un ruolo fondamentale nel panorama rinnovabile, e portano con se l’inevitabile svantaggio derivato dall’impossibilita di controllare la fonte primaria di energia. I sistemi di accumulo ed immagazzinamento di energia assumeranno un ruolo strategico nel prossimo scenario energetico, in particolare nell’elaborato viene posta l’attenzione sui sistemi Power-to-Gas. La tecnologia Power-to-Gas consente di produrre gas ad alta potenza specifica (idrogeno o metano sintetico), usando elettricità proveniente da fonti rinnovabili. L’elettrolisi è il metodo più efficiente per convertire energia elettrica in idrogeno. Tra le varie tecnologie, gli elettrolizzatori di tipologia PEM (Proton Exchange Membrane), sono considerati i più adatti all’accoppiamento con fonti di energia rinnovabile, per via della loro risposta alle variazioni di carico e dell’ampio campo di funzionamento. Il lavoro di tesi si concentra sull’analisi delle prestazioni di elettrolizzatori tipo PEM, ed in particolare sull’elettrolizzatore inserito all’interno del “Laboratorio di Microreti di Generazione ed Accumulo” del Tecnopolo di Ravenna. Il laboratorio ha lo scopo di studiare e testare sistemi per la produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile e per l’accumulo.
L’impianto è costituito principalmente da due pannelli fotovoltaici con il compito di produrre energia, due batterie per accumulare l’energia prodotta dai pannelli, un elettrolizzatore e tre bombole a idruri metallici per lo stoccaggio di idrogeno. Dai dati sperimentali ottenuti dalle prove in laboratorio si è ricavato un modello matematico black-box dell’elettrolizzatore. Il modello gestisce le equazioni della curva caratteristica (P;η). In seguito il modello ottenuto è stato confrontato con un caso analogo presente in letteratura.
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Santos, Inês Gonçalves dos. "Modelização por redes neuronais de uma pilha de combustível do tipo PEM." Master's thesis, Faculdade de Ciências e Tecnologia, 2010. http://hdl.handle.net/10362/5098.
Full textAbstract:
Dissertação apresentada à Universidade Nova de
Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia, para a obtenção do grau de Mestre em Energia e Bio-energia<br>Este trabalho centrou-se na modelização por redes neuronais de uma pilha de
combustível do tipo PEM, de forma a prever os valores de tensão e corrente à saída da
pilha, com o intuito de comprovar a previsibilidade e fiabilidade desta tecnologia.
Nesta perspectiva, após uma apresentação teórica do hidrogénio e das pilhas de
combustível, faz-se a descrição da pilha modelizada, e através da técnica estatística de
ACP, seleccionam-se 9 das 14 variáveis que traduzem o funcionamento da pilha.
Seguidamente, procedeu-se à modelização por redes neuronais da pilha de forma a
prever o desempenho desta. A ACP e as RNA são desenvolvidas através do MatLab. A
ACP permitiu a redução da dimensionalidade do conjunto de dados, facilitando o
desenvolvimento e interpretação das RNA.
A RNA foi aplicada para os dois casos, ou seja, foram criadas redes neuronais artificiais
com 14 e 9 variáveis. Verificou-se que a diferença entre o valor de tensão/corrente real e
estimado, para 14 variáveis, é de 0,0070 e 0,0267, respectivamente. Para 9 variáveis, a
diferença entre o valor de tensão/corrente real e estimado é de 0,0055 e 0,0049,
respectivamente. Para 14 variáveis a rede torna-se mais complexa e perde capacidade de
generalização, o que justifica a diferença de valores de tensão/corrente para 14 e 9
variáveis.
A modelização da rede permitiu estimar os valores de tensão e corrente à saída da pilha
com um erro reduzido, e também, evidenciar a capacidade de generalização da rede para
um domínio bem definido dentro dos parâmetros de funcionamento da pilha.
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Uchikawa, Rodrigo. "Análise de sensibilidade de 2ª ordem numa célula a combustível tipo PEM." Universidade Federal de Pernambuco, 2008. https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/9710.
Full textAbstract:
Made available in DSpace on 2014-06-12T23:15:48Z (GMT). No. of bitstreams: 2
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license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5)
Previous issue date: 2008<br>Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior<br>No atual estágio de desenvolvimento em que a humanidade se encontra, a demanda
por energia elétrica cresce drasticamente a cada ano. Entretanto, a provável escassez da matriz
energética de base fóssil, associada aos danos ecológicos ocasionados pela sua prospecção e
utilização, tem despertado o interesse por novas formas alternativas e renováveis de energia.
Neste contexto, o hidrogênio, elemento químico mais abundante no planeta, desponta
como provável combustível do futuro. E, as células a combustível, dispositivos capazes de
converter energia química proveniente do hidrogênio diretamente em energia elétrica, cada
vez mais tem chamado a atenção dos pesquisadores. Assim, neste trabalho, foi proposta uma
análise de alguns dos parâmetros operacionais do modelo de uma célula a combustível de
membrana de troca protônica, desenvolvida por Amphlett et al., a saber: a capacitância C , a
corrente fornecida pela célula iFC e os parâmetros semi-empíricos 1 e 4 definidos
como funções da energia livre de Gibbs G, constante de Faraday ℱ e do outros
parâmetros empiricamente determinados.
A análise foi efetuada por meio dos Métodos Perturbativos Diferenciais de 1ª e 2ª
ordem. Os resultados obtidos foram então comparados com valores calculados diretamente da
expressão do funcional resposta previamente escolhido, neste caso a tensão média d .
Deste procedimento ficou constatado que a aproximação em 2ª ordem possibilitou
uma redução no erro relativo em uma ordem de grandeza, quando comparado com valores obtidos, para os mesmos parâmetros, utilizando-se apenas aproximações de 1ª ordem.
Todavia, como o aumento computacional no tocante ao cálculo de 2ª ordem foi muito
intenso, e o erro relativo para o processo de 1ª ordem, neste caso, foi muito pequeno, uma
análise com expansão em 2ª ordem não mostrou vantagens adicionais. Concluindo-se então
que, para cada caso, deve ser cuidadosamente estudado até que ponto seria ou não interessante
fazer o uso de tal refinamento.
Finalmente, de posse dos coeficientes de sensibilidades relativos, obtiveram-se os
coeficientes absolutos de sensibilidade S . Foi possível inferir que o parâmetro 1 se
portara como o mais sensível no modelo para o funcional considerado
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ANDREA, VINICIUS. "Estudo comparativo de desempenho e durabilidade de células a combustível do tipo PEM." reponame:Repositório Institucional do IPEN, 2017. http://repositorio.ipen.br:8080/xmlui/handle/123456789/28479.
Full textAbstract:
Submitted by Pedro Silva Filho (pfsilva@ipen.br) on 2018-02-08T17:09:15Z
No. of bitstreams: 0<br>Made available in DSpace on 2018-02-08T17:09:15Z (GMT). No. of bitstreams: 0<br>O objetivo desse trabalho foi investigar as relações entre a durabilidade e as diversas configurações dos componentes de uma célula a combustível do tipo PEM por meio de Testes de Durabilidade de Longa Duração. Foram comparados três tipos de geometria de fluxo, duas espessuras de membranas poliméricas e dois níveis de cargas de platina. Em diversos aspectos, a geometria de canais de fluxo do tipo serpentina se mostrou superior aos demais. Em relação às membranas, as do tipo Nafion 212 se mostraram bastante frágeis e suscetíveis ao crossover de H2, apesar de fornecerem maior potência elétrica que as membranas Nafion 115, as quais exibiram maior durabilidade. No que diz respeito à carga de platina nos eletrodos, verificou-se que os eletrodos preparados com 0,1 mg Pt cm-2 perderam, proporcionalmente, mais área eletroquimicamente ativa que aqueles preparados com 0,4 mg Pt cm-2, mas, ao mesmo tempo, apresentaram as menores taxas de perdas irreversíveis de desempenho. As análises por diversas técnicas eletroquímicas indicaram que os aumentos das resistências ôhmicas e de transporte de massas são os fatores que mais contribuem para as perdas irreversíveis de desempenho, enquanto que o aumento da resistência de transporte de cargas devido ao encharcamento dos eletrodos é o principal responsável pelas perdas reversíveis de desempenho. A proporção de ionômero na camada catalítica foi investigada e verificou-se que, apesar de facilitar para que ocorram perdas reversíveis de desempenho, a maior proporção de ionômero na camada catalítica contribuiu em mitigar a degradação do MEA. Por fim, observou-se que a qualidade do contato entre os eletrodos e a membrana tem grande contribuição na durabilidade das células a combustível do tipo PEM.<br>Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear)<br>IPEN/T<br>Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP
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Andrea, Vinicius. "Estudo comparativo de desempenho e durabilidade de células a combustível do tipo PEM." Universidade de São Paulo, 2017. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-29012018-103733/.
Full textAbstract:
O objetivo desse trabalho foi investigar as relações entre a durabilidade e as diversas configurações dos componentes de uma célula a combustível do tipo PEM por meio de Testes de Durabilidade de Longa Duração. Foram comparados três tipos de geometria de fluxo, duas espessuras de membranas poliméricas e dois níveis de cargas de platina. Em diversos aspectos, a geometria de canais de fluxo do tipo serpentina se mostrou superior aos demais. Em relação às membranas, as do tipo Nafion 212 se mostraram bastante frágeis e suscetíveis ao crossover de H2, apesar de fornecerem maior potência elétrica que as membranas Nafion 115, as quais exibiram maior durabilidade. No que diz respeito à carga de platina nos eletrodos, verificou-se que os eletrodos preparados com 0,1 mg Pt cm-2 perderam, proporcionalmente, mais área eletroquimicamente ativa que aqueles preparados com 0,4 mg Pt cm-2, mas, ao mesmo tempo, apresentaram as menores taxas de perdas irreversíveis de desempenho. As análises por diversas técnicas eletroquímicas indicaram que os aumentos das resistências ôhmicas e de transporte de massas são os fatores que mais contribuem para as perdas irreversíveis de desempenho, enquanto que o aumento da resistência de transporte de cargas devido ao encharcamento dos eletrodos é o principal responsável pelas perdas reversíveis de desempenho. A proporção de ionômero na camada catalítica foi investigada e verificou-se que, apesar de facilitar para que ocorram perdas reversíveis de desempenho, a maior proporção de ionômero na camada catalítica contribuiu em mitigar a degradação do MEA. Por fim, observou-se que a qualidade do contato entre os eletrodos e a membrana tem grande contribuição na durabilidade das células a combustível do tipo PEM.<br>The aim of this work was to investigate the relations between durability and the several Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) setups via long-term durability tests. Comparisons were made with three types of flow field designs, two polymeric membranes thicknesses and two platinum loadings. In many aspects, the serpentine flow field design has presented better results than the others. Regarding the membranes, Nafion 212 has shown to be very fragile and susceptible to H2 crossover, although it provides more electrical power than the Nafion 115 membrane which exhibited better durability. Concerning the platinum loading, the electrodes prepared with 0.1 mg Pt cm-2 have lost proportionally more electrochemical surface area than the ones prepared with 0.4 mg Pt cm-2 but at the same time, the electrodes with the lowest platinum load presented lower irreversible performance loss rate. The analyses made by several electrochemical techniques have indicated that the raise of the ohmic and mass transport resistances are the factors that most contribute to the irreversible performance loss, meanwhile the charge transport resistance due to the electrodes flooding is the main responsible for the reversible performance loss. The proportion of ionomer in the catalytic layer was studied and it was possible to infer that the highest ionomer proportion contributes to mitigate the MEA degradation, although it facilitates the reversible performance loss occurrence. Finally, it was observed that the contact quality of the electrodes and the membrane has remarkable influence on the PEMFCs durability.
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Seminerio, Davide. "Modellazione e controllo di un sistema a celle a combustibile di tipo PEM." Master's thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2022.
Find full textAbstract:
Le celle a combustibile sono dispositivi elettrochimici che convertono l’energia chimica di un combustibile gassoso in elettricità. Questa tecnologia sta assumendo un ruolo sempre più importante nello sviluppo futuro dello scenario energetico, essendo una soluzione alternativa e rinnovabile di produzione di energia elettrica. Un sistema fuel cell è composto da diversi sottosistemi che interagiscono tra di loro e la risposta del FCS (Fuel Cell System) dipende dall’alimentazione di aria e idrogeno, dalla regolazione dei flussi e delle pressioni, dalla gestione del calore e dell’acqua. In questo elaborato viene presentato un modello dinamico adatto alla comprensione del comportamento del sistema e allo studio del sistema di controllo. Il modello è stato sviluppato in ambiente Simulink, dove vengono inclusi i fenomeni transitori della dinamica dei flussi dei reagenti, l’inerzia del compressore, la dinamica di riempimento del collettore e l’umidità della membrana. La tecnica di controllo utilizzata, si basa su un classico controllo in retroazione (feedback) e in avanti(feed-forward) che utilizza un controllo proporzionale e integrativo (PI). La strategia di controllo viene applicata al flusso di ossigeno in ingresso al catodo e alla portata dell’idrogeno in ingresso all’anodo
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Ferrigolo, Fredi Zancan. "Instrumentação para pilhas de células a combustível do tipo PEM visando a eficiência energética." Universidade Federal de Santa Maria, 2009. http://repositorio.ufsm.br/handle/1/8468.
Full textAbstract:
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior<br>This work aims at the development of an instrumentation prototype to monitor, control and drive a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) and its ancillary equipment. The
first stage of this work is related to PEMFC stack modeling and the second is focused on electronic instrumentation to obtain practical data regarding to the stack behavior. Several theoretical models are analyzed. However, more attention is paid to the electronic model.
Considering other electronic PEMFC models, changes were made to make it a more accurate. In this way, this modified model was validated by laboratory static and dynamic tests. These tests were compared with real data, available from the manufacturer s manual and other
information from literature. To evaluate the variation in the main external parameters (reactant pressures, temperature, humidity of the membranes and coolant fluids,
stoichiometric ratio, power, current and voltage) a full fuel cell instrumentation circuitry was developed to monitor and control them. This software is fully implemented in Labview, so as to verify and to control the whole fuel cell efficiency by using only a computer-based
terminal. Additionally, the whole instrumentation system is presented and discussed. Finally, experimental tests were carried out to evaluate a by-pass technique (set of controlled shortcircuits) to maximize the stack output power.<br>Esta dissertação refere-se ao desenvolvimento de um sistema de monitoramento, acionamento e controle de uma pilha de células a combustível (CaC) do tipo PEM e de seu
equipamento auxiliar. A primeira etapa deste trabalho é relacionada à modelagem da CaC e a segunda refere-se à instrumentação eletrônica para obtenção de dados práticos da pilha. Para os estudos teóricos vários modelos matemáticos são estudados, com maior ênfase à
modelagem eletrônica de CaC. Para o modelo eletrônico são propostas modificações em relação a sua proposta original e sua validação é realizada através de testes estáticos e
dinâmicos, e pela comparação dos dados obtidos com dados de fabricantes e também de outros autores. De modo a avaliar o impacto que a variação das principais grandezas de
controle causam na eficiência da CaC é apresentado um sistema de monitoramento e controle baseado no programa Labview. Este sistema foi implementado em um protótipo de
laboratório que faz uso de uma placa de aquisição para coleta de dados e geração de sinais PWM de controle. Também é apresentada a instrumentação eletrônica necessária para o
mesmo protótipo. A pressão de entrada dos reagentes, a temperatura de operação, a umidade da membrana, o fluxo de ar e a razão estequiométrica são as principais variáveis a serem monitoradas e controladas. Também são realizados ensaios de funcionamento dinâmico da pilha com a aplicação da técnica de by-pass ou curtos-circuitos entre o anodo e o catodo.
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Santoro, Thaís Aranha de Barros. "Prepararação e caracterização de eletrocatalisadores PT - terras raras/ C para células a combustível do tipo PEMFC." Universidade de São Paulo, 2009. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-05112009-151750/.
Full textAbstract:
Os eletrocatalisadores Pt/C e Pt-Terras Raras/C (terras raras = La, Ce, Pr, Nd, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and Lu) foram preparados (20% em massa e razão atômica Pt-TR de 50:50) pelo método de redução por álcool, usando H2PtCl6.6H2O (Aldrich) e Terras Raras Cl3.xH2O (Aldrich) como fonte de metais, etileno glicol como solvente e agente redutor e, o carbono Vulcan XC72, como suporte. Os catalisadores foram caracterizados por espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDX), análises de difração de raios X (DRX) e microscopia de transmissão eletrônica (TEM). As análises por EDX mostraram que as razões atômicas dos diferentes eletrocatalisadores Pt-TR/C preparados foram similares às composições nominais de partida. Em todos os difratogramas, observa-se um pico largo em aproximadamente 2 = 25o o qual foi associado ao suporte de carbono Vulcan XC72 e quatro outros picos de difração em aproximadamente 2 = 40o, 47o, 67o e 82o os quais são associados aos planos (111), (200), (220) e (311), respectivamente, da estrutura cúbica de face centrada (CFC) de platina e suas ligas. Para os eletrocatalisadores Pt-TR/C também foram observadas fases nos difratogramas de raios X referentes aos óxidos de terras raras. Foram preparados eletrocatalisadores Pt-La/C com diferentes razões atômicas. Micrografias de transmissão eletrônica apresentaram uma razoável distribuição das partículas de Pt no suporte de carbono com algumas aglomerações, o que está de acordo com os resultados de difração de raios X. O desempenho para a oxidação de CO, metanol e etanol foi investigada através de voltametria cíclica, cronoamperometria e espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier. A atividade eletrocatalítica dos eletrocatalisadores Pt-TR/C, em especial PtLa/C, foram maiores que do Pt/C. A investigação por espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier para a oxidação de etanol com os eletrocatalisadores PtLa/C mostrou que o acetoaldeído e o ácido acético foram os principais produtos formados. O eletrocatalisador PtLa/C (30:70) apresentou melhores resultados para a reação de redução de oxigênio, oxidação de metanol e etanol, e a temperaturas superiores a 30°C para oxidação de monóxido de carbono.<br>PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF PT-RARE EARTH/C ELECTROCATALYSTS FOR PEM FUEL CELLS
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Carmo, Marcelo do. "Preparação, caracterização e avaliação de carbono funcionalizado para aplicações em células a combustível tipo PEM." Universidade de São Paulo, 2008. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-10102011-144752/.
Full textAbstract:
A tecnologia de células a combustível associada à crescente exigência de baixo impacto ambiental tornou-se bastante promissora no cenário mundial de energia. As células a combustível são, em princípio, dispositivos que convertem energia química diretamente em energia elétrica e térmica, possuindo, entretanto, uma operação contínua, graças à alimentação constante de um combustível. Particularmente, o negro de fumo Vulcan XC72 é usualmente empregado como suporte dos eletrocatalisadores, e alguns fatores como uma superfície acessível e área superficial suficientemente grande para uma máxima dispersão dos cristalitos dos eletrocatalisadores, além de tamanho dos poros, distribuição dos poros adequada e a presença de grupos funcionais na superfície do negro de fumo são considerados fundamentais para o desenvolvimento de materiais inovadores. Entretanto, o material denominado Vulcan XC72 ainda revela condições insuficientes para este fim. Este estudo consiste na preparação e caracterização físico-química de carbono funcionalizado por peróxido de hidrogênio e com cadeias poliméricas do tipo poliestireno sulfonado condutoras de prótons, visando sua posterior utilização como suporte de eletrocatalisadores para células a combustível tipo PEMFC e DMFC. Após a funcionalização do carbono, obteve-se uma melhora da dispersibilidade do negro de fumo em solução aquosa, efeito este benéfico para a preparação dos eletrocatalisadores. Observou-se também que os grupos funcionais e as cadeias poliméricas funcionaram como estabilizadores do crescimento dos cristalitos produzindo catalisadores mais homogêneos e com menor diâmetro médio dos cristalitos; e especialmente, no caso da funcionalização com cadeias poliméricas, obteve-se uma diminuição da queda ôhmica do sistema, referente à melhoria da transferência protônica.<br>The fuel cell technology associated with the growing exigency of low environmental impact energy became prosperous in the world energy scenery. The fuel cell is basically a device that converts directly the chemical energy of a fuel into electrical and thermal energy with a continuous operation by the constant feed of a fuel. Especially, the carbon black Vulcan XC72 is usually employed as an electrocatalyst support, and some factors as an accessible and high surface area in order to get maximum particles dispersion, pore size, adequate pore distribution and the presence of functional groups in the carbon black surface are considered fundamental characteristics for an innovative materials development. However, the Vulcan XC72 still reveals insufficient conditions for these purposes. This study consists in the preparation and in the physical chemical characterization of functionalized carbon black by hydrogen peroxide and by polymeric chains with proton conduction properties, and its posterior utilization as electrocatalyst support for PEMFC and DMFC application. After the carbon functionalization, an improvement in the carbon black dispersibility in water media was observed, a beneficial effect for electrocatalyst preparation. It was also observed, that the functional groups and the polymeric chains worked as stabilizers in the particle growing, producing much more homogeneous electrocatalysts, exhibiting smaller average particle size. Especially, in the case of polymeric chains functionalization, a decrease in the ohmic drop was observed for this system, attributed to an improvement in the proton transference.
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Oliveira, Patricia da Silva Pagetti de. "Estudo da confiabilidade das células a combustível do tipo PEM produzidas no IPEN-CNEN/SP." Universidade de São Paulo, 2014. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-27062014-110029/.
Full textAbstract:
O desenvolvimento de sistemas de conversão de energia baseados na tecnologia de células a combustível tem demandado estudos de confiabilidade, uma vez que requisitos de durabilidade e custo passaram a ser fundamentais para a inserção desta tecnologia no mercado de energia. Neste trabalho foi proposta uma metodologia de análise de confiabilidade de células a combustível de membrana polimérica condutora de prótons (células a combustível do tipo PEM), tendo em vista a qualificação destes itens como protótipos de unidades comerciais. A metodologia proposta incluiu uma avaliação inicial qualitativa das possíveis falhas em células a combustível do tipo PEM, realizada pela aplicação de uma Análise de Modos de Falha e Efeitos, técnica conhecida pela sigla FMEA. Além disso, foi elaborado um plano de testes de vida para as unidades produzidas no IPEN CNEN/SP e foi efetuada a análise dos resultados usando-se métodos estatísticos para dados de confiabilidade. Assim, a parte experimental consistiu em produzir as células a combustível no laboratório e submetê-las aos testes de vida, nos quais foram simuladas condições reais de operação. Os dados amostrais foram analisados estatisticamente, gerando resultados importantes em relação às medidas de desempenho e durabilidade dos dispositivos em estudo. Por meio de uma análise não paramétrica, foi gerada uma estimativa da função de confiabilidade das células a combustível usando-se o estimador de Kaplan- Meier. Pela modelagem paramétrica, foi possível ajustar uma distribuição exponencial para o tempo de vida destes dispositivos, gerando uma estimativa de vida média de 1.094,58 horas, com intervalo de 95% de confiança de [533,03 horas; 2.836,13 horas]. Com relação ao desempenho, foi aplicada uma regressão linear simples aos dados de potencial elétrico ao longo do tempo, gerando um valor aproximado para a taxa de queda do potencial elétrico de 80 μV h-1. Cabe ressaltar que, a metodologia proposta neste estudo deverá ser integrada ao processo de desenvolvimento das células a combustível, para permitir o acompanhamento da melhoria de sua confiabilidade.<br>The development of power conversion systems based on fuel cells has been demanding reliability studies since the requirements associated to cost and durability of these products have become fundamental to their acceptance in the energy market. The reliability analysis proposed in this work aimed to qualify the proton exchange membrane (PEM) fuel cells produced at IPEN CNEN/SP as prototypes of commercial units. The methodology included an initial assessment of failures of the PEM fuel cells, which was carried out by the application of a Failure Mode and Effect Analysis (FMEA). Furthermore, the methodology involved the planning of life tests and the quantitative assessment based on statistical methods for reliability data. Thus, the experimental part of this work consisted of producing the fuel cells in the laboratory, and testing them under stable and dynamic operating conditions. The main results of the quantitative analysis were the estimates of the reliability function and mean time to failure of the PEM fuel cells. These estimates were obtained by means of two different approaches, a non parametric and a parametric one. In the non parametric analysis, the Kaplan-Meier estimator was used for the reliability function. Based on the parametric analysis, an exponential distribution was fit to data and the mean time to failure of the PEM fuel cells was estimated in 1.094,58 hours, with a 95% confidence interval of [533,03 hours; 2.836,13 hours]. Concerning the PEM fuel cells performance, a linear regression analysis of the observed data (voltage vs. time) was carried out and an approximate estimate for the voltage decay rate was calculated in 80 μV h-1. Finally, the methodology proposed in this work may be integrated into the development project of the PEM fuel cells so as to allow researchers to carry out a reliability growth analysis and monitor the improvements in these products.
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CARMO, MARCELO do. "Preparação, caracterização e avaliação de carbono funcionalizado para aplicações em células a combustível tipo PEM." reponame:Repositório Institucional do IPEN, 2008. http://repositorio.ipen.br:8080/xmlui/handle/123456789/11601.
Full textAbstract:
Made available in DSpace on 2014-10-09T12:53:44Z (GMT). No. of bitstreams: 0<br>Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0<br>Tese (Doutoramento)<br>IPEN/T<br>Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP
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OLIVEIRA, PATRICIA da S. P. de. "Estudo de confiabilidade das células a combustível do tipo PEM produzidas no IPEN-CNEN/SP." reponame:Repositório Institucional do IPEN, 2014. http://repositorio.ipen.br:8080/xmlui/handle/123456789/10627.
Full textAbstract:
Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0<br>Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0<br>Tese (Doutoramento)<br>IPEN/T<br>Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP
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Serpa, Leonardo Augusto. "Estudo e implementação de um sistema gerador de energia empregando células a combustível do tipo PEM." Florianópolis, SC, 2004. http://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/87625.
Full textAbstract:
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica.<br>Made available in DSpace on 2012-10-21T23:10:43Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2013-07-16T19:43:03Z : No. of bitstreams: 1
199841.pdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5)<br>O presente trabalho tem por objetivo analisar a implementação de um sistema gerador de energia através do uso de células a combustível. Tecnologias desta grandeza são consideradas extremamente importantes para a sociedade presente e futura, uma vez que possibilitam a obtenção de energia sem a utilização de combustíveis fósseis gerando energia limpa e inesgotável. Inicialmente é proporcionado um apanhado geral acerca dos tópicos considerados pertinentes possibilitando a compreensão dos mecanismos das células, seu histórico e classificação. Em seguida, os tipos de modelagem são elucidados, enfatizando aqueles que associam a confiabilidade das bases teóricas às facilidades de métodos experimentais. O terceiro capítulo dedica-se às estratégias de controle e monitoramento das variáveis relacionadas ao funcionamento do sistema. Posteriormente um sistema auxiliar capaz de prover energia aos componentes é apresentado, como também o desenvolvimento de uma estrutura incumbida de fornecer comandos isolados aos interruptores de bypass. Para finalizar, a exposição de resultados experimentais comprovará o bom funcionamento e viabilidade do sistema.
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Robalinho, Eric. "Desenvolvimento de um modelo numérico computacional aplicado a uma célula combustível unitária de 144 CM2 tipo PEM." Universidade de São Paulo, 2009. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-21082009-144637/.
Full textAbstract:
Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo numérico computacional e respectiva metodologia para estudo e projeto de células a combustível a membrana polimérica trocadora de prótons PEM. Para a validação dos resultados experimentais, descreveu-se uma seqüência de rotinas de programação, adequadas ao ajuste dos dados obtidos em laboratório. Com relação à implementação computacional criou-se uma estratégia inovadora de acoplamento com dois modelos tridimensionais, de forma a satisfazer as exigências do modelo completo de célula a combustível, comportando suas diversas geometrias e materiais, assim como os diversos processos físicoquímicos simulados. Com a finalidade de avaliação eficaz da analogia da célula real com o modelo numérico, foram realizados estudos numéricos, comparações com valores obtidos na literatura, caracterização de variáveis por meio de experimentos laboratoriais e estimativas com base em modelos já estudados na literatura. Para a parte experimental, um protótipo de célula a combustível unitária de 144 cm2 de área geométrica foi projetado, produzido e operado em bancada com a finalidade de validação do modelo numérico computacional proposto, apresentando resultados positivos. Os resultados das simulações para as geometrias 2D e 3D propostas são apresentados em forma de curvas de polarização, destacando o modelo de camada catalítica baseado na geometria de aglomerados. Estudos paramétricos e de sensibilidade são apresentados como ilustração da variação do desempenho da célula a combustível estudada. O modelo final é robusto e útil como ferramenta de projeto e otimização de células tipo PEM em uma ampla faixa de condições de operação.<br>This work presents the development of a numerical computer model and methodology to study and design polymeric exchange membrane fuel cell PEM. For the validation of experimental results, a sequence of routines, appropriate to fit the data obtained in the laboratory, was described. At the computational implementation it was created a new strategy of coupling two 3-dimensional models to satisfy the requirements of the comprehensive model of the fuel cell, including its various geometries and materials, as well as the various physical and chemical processes simulated. To effective assessment of the real cell analogy with numerical model, numerical studies were carried out. Comparisons with values obtained in the literature, characterization of variables through laboratory experiments and estimates from models already tested in the literature were also performed. Regarding the experimental part, a prototype of a fuel cell unit of 144 cm2 of geometric area was designed, produced and operated at laboratory with the purpose of validating the numerical computer model proposed, with positive results. The results of simulations for the 2D and 3D geometries proposed are presented in the form of polarization curves, highlighting the catalytic layer model based on the geometry of agglomerates. Parametric and sensitivity studies are presented to illustrate the change in performance of the fuel cell studied. The final model is robust and useful as a tool for design and optimization of PEM type fuel cells in a wide range of operating conditions.
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Silva, Bianca Bairros Rabello da. "Obtenção de polieletrólitos a partir de copolímero estireno-indeno para aplicação em célula a combustível tipo PEM." reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS, 2010. http://hdl.handle.net/10183/31387.
Full textAbstract:
Neste trabalho foram desenvolvidas membranas eletrólito poliméricas, a partir de copolímero estireno-indeno (St-In) e poli(álcool vinílico) (PVA) para avaliação de seu desempenho em célula a combustível. Para tanto o copolímero estireno-indeno foi sulfonado com sulfato de acetila obtido pela reação de anidrido acético e ácido sulfúrico, com inserção de grupos sulfônicos na cadeia macromolecular, os quais são os responsáveis pela condutividade protônica na membrana. O copolímero estireno-indeno sulfonado foi combinado com álcool polivinílico (PVA) na forma de rede de polímeros semi-interpenetrantes (semi-IPN), variando-se o grau de sulfonação do copolímero estireno-indeno, o grau de hidrólise do PVA e a quantidade do agente de reticulação. As membranas foram preparadas com e sem benzoimidazol (BZ), utilizado como base de Lewis ou agente protonante. O polímero eletrólito foi caracterizado por FTIR, DSC e TGA. As membranas contendo este foram avaliadas por análise térmica (TGA, DSC e DMA), absorção de água, capacidade de troca iônica, condutividade, permeabilidade à etanol e metanol. A mistura de PVA com o polímero polieletrólito viabilizou a obtenção de membranas com boa resistência mecânica, no entanto, aquelas contendo copolímero estirenoindeno com alto grau de sulfonação apresentaram alto teor de absorção de água. Membranas previamente selecionadas foram avaliadas em protótipo de célula a combustível, e os resultados mostraram que as propriedades da membrana são dependentes da sua composição. O uso de benzoimidazol propiciou maior estabilidade térmica à membrana, bem como um aumento da condutividade desta em até 1000 vezes, dependendo da concentração da mesma nas membranas. Apesar das membranas desenvolvidas não terem apresentado estabilidade adequada nos testes em protótipo de célula a combustível a hidrogênio, estas mostraram grande potencial na condução de prótons, devendo ser ainda melhoradas quanto a sua estabilidade térmica. Por outro lado, o polímero eletrólito mostrou ter potencial de aplicação em outras aplicações tecnológicas, tal como plastificante ou aditivo em tintas a base água.<br>In this work, polymer electrolyte membranes, based on styrene-indene copolymer (St-In) and polyvinyl alcohol (PVA), have been developed, to evaluate its use in fuel cells. Thus the copolymer styrene-indene was sulfonated with acetyl sulfate obtained by reaction of acetic anhydride and sulfuric acid, thus producing the functionalization of the polymer backbone by the introduction of sulfonic groups, which are responsible for the proton conductivity. The sulfonated styrene-indene copolymer was combined with polyvinyl alcohol to form semi interpenetrating polymer network (semi-IPN) varying the sulfonation degree of St-In, the PVA degree of hydrolysis and the crosslinking agent ratio. The membranes were prepared with and without benzimidazole (BZ) as Lewis base or protonic agent. The polymer electrolyte was characterized by FTIR DSC and TGA. The membranes were evaluated by thermal analysis, water uptake, ion exchange capacity, ethanol and methanol permeability. The mixture PVA/electrolyte polymer allowed the obtain of membranes with good mechanical strength, however those containing St-In with higher sulfonation degree had higher water uptake. Membranes previously selected were evaluated on their performance in fuel cell prototype and the results showed that the properties are dependent on membranes composition. The addition of benzimidazole modifier compound increased the thermal stability of membranes and its effect on conductivity was positive only up to certain concentration, reaching up to 1000-fold increase in the values of membranes conductivity. Despite the developed membranes have not shown adequate stability on prototype hydrogen fuel cell tests, these showed great potential in the proton conduction and should be further improved and its thermal stability. On the other hand, the electrolyte polymer showed to have potential applications in other applications technological, such as plasticizer or additive in water based paints.
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Giner, Sanz Juan José. "Modelado semiempírico de una monocelda de una pila de combustible comercial de tipo PEM de 300 W." Doctoral thesis, Universitat Politècnica de València, 2017. http://hdl.handle.net/10251/90421.
Full textAbstract:
The concept of Hydrogen Economy, coined in the second half of the twentieth century, has gained strength as a solution to the problems derived from the consumption of fossil fuels. The main idea of the Hydrogen Economy is the use of hydrogen as an energy vector. Fuel cells play a leading role in this economy, since today, fuel cells are the most attractive hydrogen final conversion technology. This technology, invented more than 150 years ago, is well established nowadays. However, there is still research to be done in the fuel cell field, in order to make them economically profitable in comparison to the competing technologies. One of the research lines that have attracted a great attention in recent years, is the development of diagnosis and control tools for fuel cells. This Thesis is framed in this research line. This work's main goal is to obtain a semiempirical model of an individual cell of a commercial 300W PEM fuel cell stack. The developed model is meant to be used in diagnosis and control systems. In order to fulfill this goal, a steady state model and a dynamic model were developed. On the one hand, the developed steady state model consists in a semiempirical steady state model coupled with an open circuit loss model, obtained from the open circuit loss experimental characterization. On the other hand, the proposed dynamic model consists in an electric equivalent circuit with a mechanistic meaning, coupled with an empirical model to represent the evolution of the equivalent circuit parameters with the operation current. Since the dynamic model was built using electrochemical impedance spectroscopy (EIS) spectra, two experimental EIS spectra validation methods were developed in this work. Moreover, the EIS measurement was optimized in order to minimize the experimental error related to EIS measurements. Both, the measurement parameters and the perturbation amplitude, were optimized in this work. Finally, a statistical study was performed in order to determine the effect of the operation conditions (operation temperature and humidity of the inlet gases) on each one of the parameters of the stationary and dynamic models.<br>El concepto de Economía del Hidrógeno, acuñado en la segunda mitad del siglo XX, ha ido cobrando fuerza como solución a los problemas derivados del consumo de combustibles fósiles. La idea central de la Economía del Hidrógeno es el empleo del hidrógeno como vector energético. Las pilas de combustible tienen un papel protagonista en dicha Economía, siendo la tecnología de conversión final de hidrógeno más atractiva en la actualidad. Esta tecnología, inventada hace más de 150 años, está bien establecida actualmente. Sin embargo, aún quedan líneas de investigación abiertas en el campo de las pilas de combustible, para conseguir que sean rentables frente a las tecnologías competidoras. Una de dichas líneas de investigación es la problemática de su diagnóstico y control. Y es precisamente en esta línea de investigación donde se enmarca la presente Tesis. El objetivo central es la elaboración de un modelo semiempírico de una monocelda individual de un stack comercial de tipo PEM de 300 W. La finalidad del modelo desarrollado es su empleo en sistemas de diagnóstico y control. Para conseguir dicho objetivo se elaboró tanto un modelo estacionario del sistema, como uno dinámico. Por una parte, el modelo estacionario corresponde con un modelo semiempírico estacionario acoplado con un modelo de pérdidas de circuito abierto, este último desarrollado a partir de la caracterización experimental de dichas pérdidas. Por otra parte, el modelo dinámico propuesto corresponde con un circuito eléctrico equivalente con sentido mecanístico, dotado de un modelo empírico para representar la evolución de los parámetros del circuito equivalente con la corriente de operación. Puesto que dicho modelo se construyó empleando la técnica de espectroscopia de impedancias electroquímicas, se decidió desarrollar métodos de validación de espectros de impedancias electroquímicas obtenidos experimentalmente; y se optimizó el método de medida de los espectros, tanto los parámetros de medida como la amplitud de la perturbación. Finalmente, se realizó un estudio estadístico para determinar el efecto de las condiciones de operación (temperatura de operación y humedad de los gases de entrada) sobre cada uno de los parámetros de los modelos estacionario y dinámico acoplados.<br>El concepte d'Economia de l'Hidrogen, encunyat en la segona mitat del segle XX, ha anat cobrant força com a solució als problemes derivats del consum de combustibles fòssils. La idea central de l'Economia de l'Hidrogen és la utilització de l'hidrogen com a vector energètic. Les piles de combustible tenen un paper protagonista en dita Economia, sent la tecnologia de conversió final d'hidrogen més atractiva en l'actualitat. Esta tecnologia, inventada fa més de 150 anys, està ben establida actualment. No obstant això, encara queden línies d'investigació obertes en el camp de les piles de combustible, per a aconseguir que sigan rendibles enfront de les tecnologies competidores. Una de dites línies d'investigació és la problemàtica del seu diagnòstic i control. I és precisament en esta línia d'investigació on s'emmarca la present Tesi. L'objectiu central és l'elaboració d'un model semiempíric d'una monocel·la individual d'un stack comercial de tipus PEM de 300 W. La finalitat d'aquest model és la seua utilització en sistemes de diagnòstic i control. Per a aconseguir dit objectiu es va elaborar tant un model estacionari del sistema, com un dinàmic. D'una banda, el model estacionari desenrotllat correspon amb un model semiempíric estacionari acoplat amb un model de pèrdues de circuit obert, desenrotllat a partir de la caracterització experimental de dites pèrdues. D'altra banda, el model dinàmic proposat correspon amb un circuit elèctric equivalent amb sentit mecanístic, dotat d'un model empíric per a representar l'evolució dels paràmetres del circuit equivalent amb el corrent d'operació. Ja que dit model es va construir emprant la tècnica d'espectroscòpia d'impedàncies electroquímiques, es va decidir desenrotllar mètodes de validació que permeten validar els espectres d'impedàncies electroquímiques obtinguts experimentalment; i es va optimitzar el mètode de mesura dels espectres, tant els paràmetres de mesura com l'amplitud de la pertorbació. Finalment, es va realitzar un estudi estadístic per a determinar l'efecte de les condicions d'operació (temperatura d'operació i humitat dels gasos d'entrada) sobre cada un dels paràmetres dels models estacionari i dinàmic acoplats.<br>Giner Sanz, JJ. (2017). Modelado semiempírico de una monocelda de una pila de combustible comercial de tipo PEM de 300 W [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90421<br>TESIS
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Oro, Marcos Vinício. "Tubos de calor de seção triangular aplicados ao controle térmico de cédulas a combustível do tipo PEM." reponame:Repositório Institucional da UFSC, 2013. https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/130895.
Full textAbstract:
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianóplis, 2013.<br>Made available in DSpace on 2015-03-18T20:50:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2013<br>O arrefecimento de células a combustível é uma preocupação atual da indústria nacional, particularmente no caso de células a combustível do tipo PEM, também conhecida por PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell). Diversas técnicas de resfriamento são descritas na literatura e consideradas como alternativas de projeto para garantir funcionamento adequado da célula. Em consequência das reações químicas, sua temperatura aumenta a ponto de secar a membrana polimérica, prejudicando o transporte dos íons de hidrogênio e, consequentemente, a geração de eletricidade. Nas unidades portáteis com baixa capacidade, a célula é resfriada pelo próprio ar de alimentação, soprado por ventiladores. São sistemas que geralmente trabalham com baixas densidades de potência e projetados para operar com ar como agente oxidante. Em unidades maiores, de alta densidade de potência, são recomendados sistemas de resfriamento através da circulação de água por canais usinados nas placas de grafite. No presente trabalho são estudados minitubos de calor como alternativa para o arrefecimento de uma unidade de 200 W, disponível no Laboratório de Combustão e Engenharia de Sistemas Térmicos (LabCET), no sentido de garantir operação no intervalo de temperatura requerido, entre 70 e 90 °C. O sistema de controle consiste em um conjunto de trinta minitubos de calor de aço inoxidável, cada um com comprimento de 100 mm, montados em paralelo. O tubo de calor é constituído por um invólucro selado contendo água deionizada como fluido de trabalho, sendo compreendido pelas regiões condensador e evaporador. Cada tubo passa por um processo de conformação que proporciona uma seção transversal triangular. Duas ranhuras axiais provêem o bombeamento capilar necessário para a recirculação do fluido de trabalho. Essa forma de controle representa uma alternativa de baixo custo de fabricação e tecnicamente viável do ponto de vista industrial. Testes foram realizados em tubos de calor individuais com potência aplicada em patamares previamente estabelecidos, entre 2 e 10 W. Um modelo matemático foi utilizado para avaliar o desempenho e principais parâmetros do tubo de calor, incluindo inventário do fluido de trabalho, temperatura de operação e limite capilar. Os resultados mostram que os tubos de calor testados são capazes de dissipar até 10 W, correspondentes à 1,4 W/cm² na seção do evaporador, com a temperatura abaixo de 90 °C, atendendo assim o arrefecimento requerido para a operação da célula.<br><br>Cooling fuel cell is a current concern of the national industry, particularly inthe case of PEM fuel cell, also known as PEMFC (Proton Exchange MembraneFuel Cell). Several cooling techniques are described in the literatureand they are considered as design alternatives, to ensure proper functioningof the cell. As a result of chemical reactions, its temperature rises to thepoint of drying the polymer membrane, impairing the transport of hydrogenions and hence the generation of electricity. In low capacity portable unitsthe cell is cooled by the same supply air which is blown by fans. They aresystems that usually work with low power densities and designed to operatewith air as the oxidizing agent. In larger units with high power density,cooling systems by circulating water into channels machined on the graphiteplates are recommended. Mini heat pipes are studied in present work as analternative to cooling a 200 W unit available in the Laboratory of Combustionand Thermal Systems Engineering (LabCET), to ensure operation inthe required temperature range between 70 and 90 C. The control systemconsists of a set of stainless steel mini heat pipes, each one with 100 mmlength, assembled in parallel. The heat pipe consists of a sealed enclosurecontaining deionized water as the working fluid, consisting of the condenserand evaporator sections. Each tube undergoes a mechanical forming processwhich provides a triangular cross section. Two axial grooves provide thenecessary capillary pumping for the working fluid recirculation. This formof control represents a low-cost manufacturing alternative and technicallyfeasible of industrial point of view. Tests were performed in individual heatpipes with power applied at levels previously established between 2 and 10W. A mathematical model was used to evaluate the performance and mainparameters of the heat pipe, including the working fluid inventory, operatingtemperature and capillary limit. The results show that the tested heat pipesare capable of dissipating up to 10 W, corresponding to 1.4 W/cm2 in theevaporator section, with the temperature below 90 C thus meeting thecooling required for the cell operation.
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Franchi, Thales Prini. "Utilização de células a combustível tipo PEM como alternativa na geração auxiliar em instalações elétricas de grande porte." Universidade de São Paulo, 2009. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3143/tde-01072009-130017/.
Full textAbstract:
A atual situação energética global demonstra a dependência pela energia elétrica, evidenciando a importância do uso racional da energia e da redução de poluentes em sua produção. A utilização de hidrogênio como fonte de geração de energia elétrica nas células a combustível utiliza um bem abundante na face terrestre, e produz energia elétrica sem poluição. A célula a combustível constitui-se de um conversor eletroquímico, que converte a energia química proveniente dos reagentes hidrogênio e oxigênio em energia elétrica (corrente contínua), água e calor. Esta tecnologia é promissora e apresenta uma gama de aplicações no cotidiano, sendo atrativa em relação às outras tecnologias convencionais, com incrementos na eficiência, emissão de poluentes, simplicidade, maior vida útil, tamanho e peso, sendo modular e silenciosa. As células a combustível possuem aplicações no setor automobilístico, como geração auxiliar em instalações elétricas, geração de energia para equipamentos portáteis e programas espaciais. Entre as restrições estão o custo da célula e a produção de hidrogênio e como estocá-lo. O hidrogênio não é uma fonte primária de energia, mas pode ser obtida a partir de processos tais como a eletrólise, fontes fósseis, pirólise a plasma, biocombustíveis como o lixo urbano e a biomassa. Este trabalho apresenta um estudo do estado da arte e uma sistematização das formas de utilização de células a combustível como geração auxiliar em instalações elétricas de grande porte. Esta tecnologia é de desenvolvimento recente, intensificando-se com as restrições ambientais às outras fontes, além da previsão da redução futura do custo deste tipo de aproveitamento. O trabalho faz uma comparação entre a geração auxiliar em instalações elétricas de grande porte feita com células a combustível com as outras gerações auxiliares convencionais, como o gerador a diesel, e é sugerido o seu emprego como opção, sendo feitas análises técnica e econômica. Também uma análise de seu funcionamento e um estudo de caso com a viabilidade econômica de seu emprego em um laboratório de informática em uma instituição de ensino.<br>The current global energy situation shows the dependence on the electric energy, and the importance of the rational use of energy and the reduction of pollutants in the production of energy. The hydrogen as source of generation of electrical energy in fuel cells uses an abundant resource in Earth, and produces electrical energy with no pollution. The fuel cell consists of an electrochemical converter, that converts the chemical energy from the hydrogen and oxygen reagents into electric energy (continuous current), water and heat. This technology is promising and presents a range of applications in every day life, being attractive in relation to the other conventional technologies, due to increments in the efficiency, emission of pollutants, simplicity, longer life and smaller weight, being modular and silent. The cells the fuel have applications in the automotive segment, as auxiliary generation in electrical installations, generation of energy for portable equipment and space programs. Among the restrictions there is the cost of the cell and the hydrogen production and how to store it. The hydrogen is not a primary source of energy, but can be obtained from processes such as fossil electrolysis, plasma pyrolysis, bio fuels as the urban garbage and the biomass. This paper presents a study of the state of the art of this technique and also a systematization of the ways in which it can be used as auxiliary generation in automated electric installations. This technology, of recent development, has its interest increased by the environmental restrictions to the sources of energy and also by the cost reduction that is forecast. There is also a case study with a comparison between fuel cells and other more conventional options as the diesel generation. The paper is carried out for an existing computer processing center in an educational institution.
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Garcia, Acevedo Luis Evelio. "Análise e desenvolvimento de modelo de transporte de massa visando a aplicação em células a combustível tipo PEM." reponame:Repositório Institucional da UFSC, 2012. http://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/100915.
Full textAbstract:
Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2012<br>Made available in DSpace on 2013-06-25T23:51:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1
313543.pdf: 4891365 bytes, checksum: 10294675a645e51e33c4b528a8801b78 (MD5)<br>O atual cenário mundial na área de energia demanda o desenvolvimento tecnológico de alternativas sustentáveis, e de menor impacto ambiental. O uso eficiente de fontes de energia renováveis para a produção de energia elétrica em sistemas descentralizados e isolados, bem como para o setor de mobilidade, destaca-se como um ingrediente capaz de mitigar a agressão ambiental dos sistemas de energia. A célula a combustível é um dispositivo eletroquímico que converte diretamente a energia interna de ligação química de combustíveis em energia elétrica e calor com alta eficiência global, ausência de ruído e emissões. O elevado custo de desenvolvimento destes sistemas sugere que estratégias que combinem medições e previsões teóricas apresentem a maior chance de atingir os desenvolvimentos necessários. O principal objetivo da presente tese é desenvolver uma teoria para o transporte de massa em uma célula a combustível tipo PEM a partir de uma análise fenomenológica com base nos fundamentos do transporte de massa multicomponente, multifásico em meios porosos. O modelo tem por objetivo prever o comportamento do transporte elétrico e de massa com uma formulação adequada. Para este fim, foram revisadas as escalas de comprimento característicos dos diferentes componentes e fenómenos dentro da célula a combustível visando determinar as relações entre os processos termodinâmicos, eléctricos e eletroquímicos em uma célula de combustível tipo PEM. Foi revisada a grande quantidade de informações sobre teoria, modelagem e simulação da célula a combustível tipo PEM, a fim de classificar os diferentes modelos, ressaltar sua aplicabilidade e definir as necessidades de melhoria. A curva de polarização de um sistema de célula de combustível foi medida com o objetivo de identificar os fenómenos que controlam o transporte e a fenomenologia química, avaliar a aplicabilidade dos modelos globais disponíveis e determinar a ordem de grandeza dos parâmetros característicos globais da operação da célula de combustível. Então, foram revisadas as teorias fundamentais de transporte de massa e carga em duas fases, em fluxo multicomponente em meios porosos, focando na base do continuo e da termodinâmica para o tratamento de Maxwell-Stefan do transporte de massa. Finalmente, foi proposto um modelo fenomenológico geral para transferência de massa e carga aplicável às células a combustível tipo PEM. O modelo foi comparado com outros modelos da literatura e alguns problemas mais simples fundamentais foram resolvidos.<br><br>Abstract : The present world energy scenario requires the development of alternative and sustainable energy sources and conversion systems that also result in an overall smaller impact in the environment. The efficient use of renewable energy sources for the production of electrical power in decentralized and isolated systems, as well as for the mobility sector, stands out as a possible ingredient to mitigate the environmental aggression from energy systems. Fuel cells are electrochemical devices that convert internal energy of chemical bond in electricity and heat power in an efficient, noiseless and lower emissions form. The relative high cost of system development suggests that a combined measurement, theoretical and simulation effort is the way to achieve the required breakthroughs. The main objective of the present thesis is to develop a theory for mass transport in a PEM fuel cell from a phenomenological analysis based on the fundamentals of the multicomponent, multiphase mass transport in porous media. The model aims at predicting the electric and mass transport behaviors with a formulation suitable for solution with current computational resources. To this end, the characteristic length scales of the different components and phenomena within the fuel cell were revised aiming at determining the relations between thermodynamic, electric and electrochemical processes in a PEM fuel cell. The vast amount of information on PEM fuel cell theory, modeling and simulation was reviewed with a view to classify the different models, point out their applicability and define the needs for further improvements. The polarization curve for a fuel cell system was measured with the purpose of identifying the controlling transport and chemical phenomena, assess the applicability of the available lumped models and to determine the orders of magnitude of global parameters characteristic of the fuel cell operation. Then, the fundamental theories of mass and charge transport in two-phase, multicomponent flow in porous media were reviewed, focusing on the continuum and thermodynamic basis for the Maxwell-Stefan treatment of mass transport. Finally, a general phenomenological model for mass and charge transfer applicable to PEM fuel cells was proposed, compared to other models from the literature and a few simpler fundamental problems were solved.
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Steidel, Paulo Sergio. "Estudo teórico e experimental de célula-combustível tipo pem e perspectivas de aplicação em sistemas de geração distribuída." Florianópolis, SC, 2005. http://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/102711.
Full textAbstract:
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.<br>Made available in DSpace on 2013-07-16T01:42:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1
228799.pdf: 737184 bytes, checksum: 50254df29e6cfe059ed2d4ca3813ed82 (MD5)<br>Células-combustível se apresentam como alternativas promissoras para acionamento primário em sistemas de geração ou cogeração de energia. Caracterizam-se pela conversão direta da energia química do combustível em energia elétrica, o que geralmente lhes confere eficiência superior aos acionadores primários convencionais utilizados para geração termoelétrica. Dentre os diversos tipos de células-combustível existentes, as Células-Combustível do tipo Membrana de Troca de Prótons, comumente chamadas de PEMFC ou simplesmente células PEM, estão em crescente estágio de desenvolvimento. Como seu eletrólito é um polímero sólido e sua temperatura de operação é em torno de 80ºC, são adequadas para aplicação automobilística e em sistemas portáteis de geração de energia elétrica (celulares, laptops, etc). Atualmente, devido a outras características favoráveis tais como, tamanho compacto, baixo peso, partida rápida, longa vida útil dos "stacks" (blocos) e capacidade de trabalhar em regime descontínuo e com altas densidades de corrente, sua aplicabilidade foi estendida para os sistemas de geração distribuída de energia elétrica. O presente trabalho tem como objetivo avaliar experimentalmente a influência dos parâmetros de operação sobre o desempenho de uma célula-combustível tipo PEM de 15 W de potência, de fabricação brasileira e em operação no LabCET. A partir dos resultados obtidos, ações foram implementadas de forma a melhorar o desempenho desta célula-combustível. Trabalho complementar foi também realizado para avaliar a aplicabilidade dessa tecnologia como sistema compacto de geração de energia elétrica. Nesta etapa, foi realizada uma análise termoeconômica preliminar de uma célula PEM de 30 kW, comparando os resultados com valores obtidos de duas bancadas experimentais existentes no LabCET, uma constituída de uma microturbina de 28 kW e outra constituída por um motogerador de 30 kW, ambos operando com gás natural veicular.
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ROBALINHO, ERIC. "Desenvolvimento de um modelo numerico computacional aplicado a uma celula a combustivel unitaria de 144 CMsup(2) tipo PEM." reponame:Repositório Institucional do IPEN, 2009. http://repositorio.ipen.br:8080/xmlui/handle/123456789/9396.
Full textAbstract:
Made available in DSpace on 2014-10-09T12:26:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0<br>Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0<br>Tese (Doutoramento)<br>IPEN/T<br>Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP
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Sarmiento, Carnevali Maria Laura. "Modeling and control of PEM fuel cells." Doctoral thesis, Universitat Politècnica de Catalunya, 2017. http://hdl.handle.net/10803/667121.
Full textAbstract:
In recent years, the PEM fuel cell technology has been incorporated to the R&D plans of many key companies in the automotive, stationary power and portable electronics sectors. However, despite current developments, the technology is not mature enough to be significantly introduced into the energy market. Performance, durability and cost are the key challenges.
The performance and durability of PEM fue! cells significantly depend on variations in the concentrations of hydrogen and oxygen in the gas channels, water activity in the catalyst layers and other backing layers, water content in the polymer electrolyte membrane, as well as temperature, among other variables. Such variables exhibit intemal spatial dependence in the direction of the fuel and air streams of the anode and cathode. Highly non-uniform spatial distributions in PEM fuel cells result in local over-heating, cell flooding, accelerated ageing, and lower power output than expected.
Despite the importance of spatial variations of certain variables in PEM fuel cells, not many works available in the literature target the control of spatial profiles. Most control-oriented designs use lumped-parameter models because of their simplicity and convenience for controller performance. In contrast, this Doctoral Thesis targets the distributed parameter modelling and control of PEM fuel cells.
In the modelling part, the research addresses the detailed development of a non-linear distributed parameter model of a single PEM fuel cell, which incorporates the effects of spatial variations of variables that are relevant to its proper performance. The model is first used to analyse important cell intemal spatial profiles, and it is later simplified in arder to decrease its computational complexity and make it suitable for control purposes. In this task, two different model order reduction techniques are applied and compared.
The purpose of the control part is to tackle water management and supply of reactants, which are two major PEM fuel cell operation challenges with important degradation consequences. In this part of the Thesis, two decentralised control strategies based on distributed parameter model predictive controllers are designed, implemented and analysed via simulation environment State observers are also designed to estímate intemal unmeasurable spatial profiles necessary for the control action.
The aim of the first strategy is to monitor and control observed water activity spatial profiles on both sides of the membrana to appropriate levels. These target values are carefully chosen to combine proper membrane, catalyst layer and gas diffusion layer humídification, whilst the rate of accumulation of excess liquid water is reduced. The key objective of this approach is to decrease the frequency of water removal actions that cause disruption in the power supplied by the cell, increased parasitic losses or degradation of cell efficiency.
The second strategy is a variation of the previous water activity control strategy, which includes the control of spatial distribution of gases in the fuel and air channels. This integrated solution aims to avoid starvation of reactants by controlling corresponding concentration spatial profiles. This approach is intended to prevent PEM fuel cell degradation due to corrosion mechanisms, and thennal stress caused by the consequences of reactant starvation.<br>A pesar de los avances actuales, la tecnología de celdas de hidrógeno tipo PEM no está suficientemente preparada para ser ampliamente introducida en el mercado energético. Rendimiento, durabilidad y costo son los mayores retos. El rendimiento y la durabilidad de las celdas dependen significativamente de las variaciones en las concentraciones de hidrógeno y oxígeno en los canales de alimentación de gases, la humedad relativa en las capas catalizadoras, el contenido de agua de la membrana polimérica, así como la temperatura, entre otras variables. Dichas variables presentan dependencia espacial interna en la dirección del flujo de gases del ánodo y del cátodo. Distribuciones espaciales altamente no uniformes en algunas variables de la celda resultan en sobrecalentamiento local, inundación, degradación acelerada y menor potencia de la requerida. Muy pocos trabajos disponibles en la literatura se ocupan del control de perfiles espaciales. La mayoría de los diseños orientados a control usan modelos de parámetros concentrados que ignoran la dependencia espacial de variables internas de la celda, debido a la complejidad que añaden al funcionamiento de controladores. En contraste, esta Tesis Doctoral trata la modelización y control de parámetros distribuidos en las celdas de hidrógeno tipo PEM. En la parte de modelización, esta tesis presenta el desarrollo detallado de un modelo no lineal de parámetros distribuidos para una sola celda, el cual incorpora las variaciones espaciales de todas las variables que son relevantes para su correcto funcionamiento. El modelo se usa primero para analizar importantes perfiles espaciales internos, y luego se simplifica para reducir su complejidad computacional y adecuarlo a propósitos de control. En esta tarea se usan y se comparan dos técnicas de reducción de orden de modelos. El propósito de la parte de control es abordar la gestión de agua y el suministro de reactantes, que son dos grandes retos en el funcionamiento de las celdas con importantes consecuencias para su vida útil. En esta parte de la tesis, dos estrategias de control descentralizadas, basadas en controladores predictivos de modelos de referencia con parámetros distribuidos, son diseñadas, implementadas y analizadas en un entorno de simulación. Estas tareas incluyen también el diseño de observadores de estado que estiman los perfiles espaciales internos necesarios para la acción de control. El objetivo de la primera estrategia es monitorear y controlar perfiles espaciales observados de la humedad relativa en las capas catalizadoras para mantenerlos en niveles apropiados. Estos niveles son escogidos cuidadosamente para combinar la correcta humidificación de la membrana y las capas catalizadoras, reduciendo la velocidad de acumulación de agua líquida. El objetivo clave de este enfoque es disminuir la frecuencia de las acciones de remoción de agua dentro de la celda, ya que estas acciones causan interrupción en la potencia suministrada, aumento de las cargas parasitarias y disminución de la eficiencia. La segunda estrategia es una variación de la estrategia anterior que considera adicionalmente el control de la distribución espacial de los gases en los canales del ánodo y cátodo. Esta solución integrada tiene como objetivo evitar la ausencia local de reactantes mediante el control de perfiles espaciales de concentración de gases. Este enfoque pretende prevenir la degradación de las celdas debido a mecanismos de corrosión. Los resultados muestran un mayor rendimiento de la celda considerando los enfoques de control de perfiles espaciales propuestos en esta tesis, en comparación con técnicas de control que ignoran dichos perfiles. Además, la característica descentralizada de los esquemas de control, combinada con el uso de modelos reducidos dentro de los controladores predictivos, tiene un impacto positivo importante en el rendimiento general del control.
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Silva, Márcio Evaristo da [UNESP]. "Análise termoquímica de reformador de etanol: produção de hidrogênio para acionamento de uma célula combustível do tipo PEM de 1 KW." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2005. http://hdl.handle.net/11449/99342.
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Previous issue date: 2005-09Bitstream added on 2014-06-13T20:39:48Z : No. of bitstreams: 1
silva_me_me_guara.pdf: 1384078 bytes, checksum: 30dc65dd5576308bacab4653ec93d95f (MD5)<br>Universidade Estadual Paulista (UNESP)<br>Este trabalho estuda os diversos parâmetros termoquímicos associados à reforma a vapor, visando o dimensionamento de dois protótipos de reformadores de etanol com capacidade de produzir hidrogênio suficiente para acionar uma célula a combustível do tipo PEM (Proton Exchange Menbrane Fuel Cell) de 1 KW. As condições de operação analisadas foram os níveis de temperatura e de pressão na composição de equilíbrio dos reagentes e dos produtos, e os tipos de catalisadores para o sistema de reforma a vapor de etanol. Também foram estudados os produtos das reações catalíticas do reformador de etanol e as concentrações dos gases presentes no fluxo de gases de síntese da reforma para o dimensionamento do reator de troca água-gás, o qual remove parte do CO e propicia uma produção adicional de hidrogênio para o processo. Na etapa de dimensionamento, foram estudadas as condições de operação, os tipos e as quantidades de catalisadores necessários para produzir hidrogênio suficiente para acionar uma célula a combustível do tipo PEM de 1 KW. A determinação das concetrações dos produtos do sistema de reforma a vapor de etanol foi realizada através de métodos de análises de cromatografia gasosa. Os resultados obtidos no primeiro reformador protótipo I, foram utilizados para o dimensionamento do sistema de reforma a vapor de etanol do reformador final de etanol protótipo II. POde-se concluir que a utilização do etanol para a produção de hidrogênio é tecnicamente viável através do processo termoquímico de reforma a vapor, o qual consiste numa importante rota para obtenção de um bio-hidrogênio, insumo energético alternativo e renovável para o país.<br>This work presents thermochemical analysis, based on the study of the several parameters associated to steam reforming system, for the dimensioning of two ethanol reformers with enough capacity to hydrogen produce to operating a PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) of 1 KW. In the analysis of the steam reforming system the operation conditions studied, the were the influences of the temperature and pressure in the composition of balance of the reactants, products and the types of catalysts for the ethanol steam reforming system. It was studied the products of the catalytic reactions of the ethanol reformer and the concentrations of the present gases in the flow of gases of synthesis of the reformer for dimensioning of the water-gas shift reactor, wich removes part of CO and it hydrogen additional production for the process. In the dimensioning stage studied the operation conditions, the types and the amounts necessary of catalysts to produce enough hydrogen to operating of PEMFC of 1 KW. The determination of the concentrations of the products of ethanol steam reforming system was accomplished through methods for gas chromatography analysis. The results obtained in the first reformer prototype I, they were used for the dimensioning of the ethanol steam reformin system of the final ethanol reformer prototype II. It can be concluded that the use of the ethanol for the production of hydrogen, is technically feasible, through the Termochemical process of steam reforming wich consists of a route important for obtainin of the bio-hydrogen alternative and renewable energy raw material input for country.
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Dresch, Mauro André. "Síntese e caracterizção eletroquímica de membranas híbridas Nafion-SIO2 para a aplicação como eletrólito polimérico em células a combustível tipo PEM." Universidade de São Paulo, 2009. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-26092011-141218/.
Full textAbstract:
Neste trabalho foi estudado o efeito dos parâmetros de síntese na resposta de polarização de híbridos Nafion-SiO2 como eletrólitos em células a combustível poliméricas (PEMFC) em elevadas temperaturas (até 130 °C). A fase inorgânica foi adicionada à matriz polimérica com o objetivo de aumentar a retenção de água na membrana em elevadas temperaturas (acima de 100 °C); melhorar as propriedades mecânicas do Nafion e favorecer cineticamente as reações eletródicas. As membranas foram preparadas a partir da incorporação in-situ de sílica em membranas comerciais de Nafion por rota sol-gel acompanhada de catálise ácida. Os parâmetros de síntese, tais como: concentração do catalisador ácido, natureza do solvente, temperatura e tempo de reação e concentração do precursor de silício (Tetraetil-Ortosilicato TEOS) foram avaliados em função do grau de incorporação e resposta de polarização. Os híbridos Nafion-SiO2 foram física e quimicamente caracterizados por gravimetria, termogravimetria (TG), microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de energia dispersiva de raios X (MEV-EDX), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) e espalhamento de raios X em baixos ângulos (SAXS). Por fim, os híbridos sintetizados foram avaliados diretamente como eletrólitos em células PEM unitárias alimentadas com hidrogênio (H2) e oxigênio (O2) no intervalo de temperatura de 80 ºC a 130 ºC e a 130 ºC em condições de umidade relativa reduzida (75 e 50%). Resumidamente, o desempenho dos híbridos se mostrou fortemente dependente dos parâmetros de síntese, principalmente, o tipo de álcool utilizado e concentração inicial de TEOS.<br>In this work, the effect of sol-gel synthesis parameters on the preparation and polarization response of Nafion-SiO2 hybrids as electrolytes for proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) operating at high temperatures (130 oC) was evaluated. The inorganic phase was incorporated in a Nafion matrix with the following purposes: to improve the Nafion water uptake at high temperatures (> 100 oC); to increase the mechanical strength of Nafion and; to accelerate the electrode reactions. The hybrids were prepared by an in-situ incorporation of silica into commercial Nafion membranes using an acid-catalyzed sol-gel route. The effects of synthesis parameters, such as catalyst concentration, sol-gel solvent, temperature and time of both hydrolysis and condensation reactions, and silicon precursor concentration (Tetraethylorthosilicate TEOS), were evaluated as a function on the incorporation degree and polarization response. Nafion-SiO2 hybrids were characterized by gravimetry, thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy and X-ray dispersive energy (SEM-EDS), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and X-ray small angle scattering (SAXS). The hybrids were tested as electrolyte in single H2/O2 fuel cells in the temperature range of 80 130 oC and at 130 oC and reduced relative humidity (75% and 50%). Summarily, the hybrid performance showed to be strongly dependent on the synthesis parameters, mainly, the type of alcohol and the TEOS concentration.
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DRESCH, MAURO A. "Sintese e caracaterizacao eletroquimica de membranas hibridas nafion-SiOsub(2) para aplicacao como eletrolito polimerico em celulas a combustivel tipo PEM." reponame:Repositório Institucional do IPEN, 2009. http://repositorio.ipen.br:8080/xmlui/handle/123456789/9477.
Full textAbstract:
Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:09Z (GMT). No. of bitstreams: 0<br>Made available in DSpace on 2014-10-09T13:56:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0<br>Dissertacao (Mestrado)<br>IPEN/D<br>Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP
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Silva, Márcio Evaristo da. "Análise termoquímica de reformador de etanol: produção de hidrogênio para acionamento de uma célula combustível do tipo PEM de 1 KW /." Guaratinguetá : [s.n.], 2005. http://hdl.handle.net/11449/99342.
Full textAbstract:
Resumo: Este trabalho estuda os diversos parâmetros termoquímicos associados à reforma a vapor, visando o dimensionamento de dois protótipos de reformadores de etanol com capacidade de produzir hidrogênio suficiente para acionar uma célula a combustível do tipo PEM (Proton Exchange Menbrane Fuel Cell) de 1 KW. As condições de operação analisadas foram os níveis de temperatura e de pressão na composição de equilíbrio dos reagentes e dos produtos, e os tipos de catalisadores para o sistema de reforma a vapor de etanol. Também foram estudados os produtos das reações catalíticas do reformador de etanol e as concentrações dos gases presentes no fluxo de gases de síntese da reforma para o dimensionamento do reator de troca água-gás, o qual remove parte do CO e propicia uma produção adicional de hidrogênio para o processo. Na etapa de dimensionamento, foram estudadas as condições de operação, os tipos e as quantidades de catalisadores necessários para produzir hidrogênio suficiente para acionar uma célula a combustível do tipo PEM de 1 KW. A determinação das concetrações dos produtos do sistema de reforma a vapor de etanol foi realizada através de métodos de análises de cromatografia gasosa. Os resultados obtidos no primeiro reformador "protótipo I", foram utilizados para o dimensionamento do sistema de reforma a vapor de etanol do reformador final de etanol "protótipo II". POde-se concluir que a utilização do etanol para a produção de hidrogênio é tecnicamente viável através do processo termoquímico de reforma a vapor, o qual consiste numa importante rota para obtenção de um "bio-hidrogênio", insumo energético alternativo e renovável para o país.<br>Abstract: This work presents thermochemical analysis, based on the study of the several parameters associated to steam reforming system, for the dimensioning of two ethanol reformers with enough capacity to hydrogen produce to operating a PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) of 1 KW. In the analysis of the steam reforming system the operation conditions studied, the were the influences of the temperature and pressure in the composition of balance of the reactants, products and the types of catalysts for the ethanol steam reforming system. It was studied the products of the catalytic reactions of the ethanol reformer and the concentrations of the present gases in the flow of gases of synthesis of the reformer for dimensioning of the water-gas shift reactor, wich removes part of CO and it hydrogen additional production for the process. In the dimensioning stage studied the operation conditions, the types and the amounts necessary of catalysts to produce enough hydrogen to operating of PEMFC of 1 KW. The determination of the concentrations of the products of ethanol steam reforming system was accomplished through methods for gas chromatography analysis. The results obtained in the first reformer "prototype I", they were used for the dimensioning of the ethanol steam reformin system of the final ethanol reformer " prototype II". It can be concluded that the use of the ethanol for the production of hydrogen, is technically feasible, through the Termochemical process of steam reforming wich consists of a route important for obtainin of the "bio-hydrogen" alternative and renewable energy raw material input for country.<br>Orientador: José Luz Silveira<br>Coorientador: Maria Isabel Sosa<br>Banca: Celso Eduardo Tuna<br>Banca: Messias Borges Silva<br>Mestre
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Branco, Carolina Musse. "Eletrólito polimérico à base de resina hidrocarbônica para uso com membrana celulósica em célula a combustível tipo PEM alimentada com hidrogênio." reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS, 2013. http://hdl.handle.net/10183/139367.
Full textAbstract:
Neste trabalho foi desenvolvido um eletrólito à base de resina hidrocarbônica sulfonada e membrana de celulose para uso em célula a combustível (FC) para produção de energia. O eletrólito foi obtido pela sulfonação da resina indeno-estireno com sulfato de acetila, variando-se o grau de sulfonação (GS) de 20 a 60%, sendo os grupos sulfônicos da resina responsáveis pelo transporte de prótons do ânodo para o cátodo. A membrana de celulose foi preparada a partir da decantação de fibras de celulose suspensas em coluna d’água utilizando-se vácuo, sendo estas tratadas com etanol. A resina sulfonada foi avaliada quanto ao GS, solubilidade em água e condutividade em solução. A resina tal qual e sulfonada e a membrana de celulose foram caracterizadas quanto ao comportamento térmico por DSC e TGA. O eletrólito impregnado na membrana de celulose foi avaliado em protótipo de FC untária tipo PEM. Quanto maior o GS da resina maior a sua solubilidade em água e condutividade iônica. A inserção de grupos sulfônicos na resina aumenta a temperatura de transição vítrea do polímero ou o ponto de amolecimento da resina sulfonada. O eletrólito que apresentou melhor desempenho no protótipo de FC foi o GS44C30-MCT, preparado com resina com GS de 44%, solução aquosa de concentração de 30% e membrana de celulose tratada com etanol (MCT), cujas curvas de polarização i-V e i-P foram semelhantes às obtidas com a membrana Nafion® 117, sob mesmas condições a 80 ºC. A potência máxima e potencial de circuito aberto obtidos com o eletrólito GS44C30_MCT foram de 15,3 mW/cm² e 0,927V, respectivamente. A proposta de um eletrólito em solução suportado em uma membrana apresentou potencial de uso para uma célula tipo PEM.<br>In this work it was developed an electrolyte based on sulfonated resin and cellulose membrane for use in fuel cells (FC) to produce energy. The electrolyte was obtained from indene-styrene resin sulfonated with acetyl sulfate, ranging the sulfonation degree (GS) between 20 to 60%, being the sulfonic groups responsible by protons transport from anode to cathode. The cellulose membrane was prepared from decantation with vacuum of cellulose fibbers in water column, and was treated with ethanol. The sulfonated resin was evaluated as the GS, water solubility and conductivity on solution. The pristine resin, the sulfonated one and the cellulose membrane were characterized as to thermal behavior by DSC and TGA. The electrolyte impregnated in cellulose membrane was evaluated in a PEMFC prototype. The insertion of sulfonated groups on the resin increases polymer glass transition temperature or sulfonated resin softening point. The electrolyte that presented the highest performance on the FC prototype was GS44C30_MCT prepared with 44% of GS and 30% of concentration and cellulose membrane with treatment (MCT). This (i-V and i-P) polarization curves were similar to the ones obtained with Nafion® 117 membrane, in the same conditions. The maximum power and open circuit voltage with this electrolyte were 15,3 mW/cm² and 0,927 V, respectively. The proposal of an electrolyte in solution showed potential to use in a PEMFC.
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Cunha, Edgar Ferrari da. "Avaliação e aplicação da tecnologia de células a combustível tipo pem desenvolvida no IPEN em um módulo de 500W de potência nominal." Universidade de São Paulo, 2009. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-21082009-142512/.
Full textAbstract:
Este trabalho teve por objetivo avaliar a aplicação de diversas tecnologias de células a combustível tipo PEMFC desenvolvidas no IPEN para obtenção de um módulo de potência de 500 We. Foram estudados o aumento de escala na produção de MEAs de 25 cm2 para 144 cm2 pelo método de impressão a tela; a simulação por fluidodinâmica computacional de canais de fluxo de gases em placas bipolares utilizando o programa COMSOL e; o estudo de desempenho de eletrodos Pt/C desenvolvidos pelo método de redução por álcool, em células individuais de 144 cm2. Assim, desenvolveu-se um módulo de 500 We de potência nominal, produzido com tecnologia nacional, e com apoio da indústria para possíveis aplicações comerciais. A indústria nacional contribuiu com o hardware do módulo e os sistemas de vedação e refrigeração. Foi realizado um teste de 100 horas em célula unitária de 144 cm2 para observação do comportamento do MEA fabricado pelo processo de impressão à tela, bem como das outras tecnologias descritas, e a célula mostrou-se estável neste intervalo de tempo. O módulo desenvolvido com tecnologia nacional apresentou a potência máxima de 574 We à corrente de 100 A (694,4 mA cm-2). A potência de operação de 500 We foi obtida à corrente de 77,7 A (540,1 mA cm-2) ao potencial de 6,43 V, com uma eficiência de 43,3%. Em termos de cogeração, a potência térmica ou calor gerado pelo módulo foi de 652 Wt. Deste modo, foram consolidados os experimentos em P&D realizados no IPEN em células a combustível, para produção de potência elétrica. Uma estimativa inicial de custo para o módulo de 500 We estudado foi de R$ 4.500,00, baseando-se apenas nos materiais empregados em sua construção.<br>This work is part of a research project on PEMFC technologies carried out in IPEN to develop and optimize a 500 We fuel cell stack. The MEAs scaling up from 25 cm2 to 144 cm2 produced by the method of sieve printing; computational fluid dynamics by computer simulation of gas flow channels in bipolar plates using COMSOL® program and the use of Pt/C electrodes developed by alcohol reduction method in single cells were used to build a stack of 500 We nominal power for possible commercial applications, produced with national technology and industrial support. A 100 hours fuel cell´s test was carried out in a 144 cm2 single cell to study the stability of the MEA fabricated by sieve printing method. This single cell showed good stability within this period of time. The developed stack has reached the maximum power of 574 We at 100 A (694.4 mA cm-2). The operating power of 500 We was obtained at 77.7 A (540.1 mA cm-2) and potential of 6.43 V, with efficiency of 43.3%. In terms of cogeneration, the thermal power or generated heat by the stack was 652 Wt. The initial estimated cost for the 500 We stack was about R$ 4,500.00, considering only the used materials for its construction.
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Andersen, Romero Leandro. "Sistema de interligação entre módulos geradores de energia a partir de células a combustível do tipo PEM e um banco de baterias." Florianópolis, SC, 2006. http://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/89397.
Full textAbstract:
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica.<br>Made available in DSpace on 2012-10-22T20:24:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1
233941.pdf: 3981296 bytes, checksum: 49aceaf6ff8489e06d1794df73338957 (MD5)<br>Este trabalho apresenta o projeto de um sistema de interligação entre módulos geradores de energia utilizando células a combustível (CaCs) e um estágio acumulador de energia formado por um banco de baterias. Alimentadas com hidrogênio, as CaCs operam de forma limpa e sem emissão de poluentes, representando uma tecnologia promissora. Inicialmente é mostrado um estudo de CaCs e de baterias com princípio de funcionamento, características elétricas e modelos utilizados para cada um desses elementos. Após isso, é apresentada a análise de um conversor proposto para essa aplicação, o conversor CC-CC do tipo Boost. O projeto desse conversor leva em conta aspectos de CaCs e de baterias. Além disso, fazem parte deste trabalho a modelagem do conversor considerando parâmetros da CaC e validação através de simulação. Por fim, são apresentados resultados de simulação do sistema completo e em seguida os resultados dos ensaios de laboratório obtidos com a implementação prática de um protótipo.
This work presents a design of an interconnection system between energy generator modules using fuel cells (FCs) and an energy storage stage formed by a battery bank. FCs, which are supplied by hydrogen, present clean operation without pollutant emissons, representing a promising technology. First, a study of FCs and batteries is shown with operating principles, electrical characteristics and models used for each one of these elements. Second, the analysis of the proposed converter for this application, the Boost DC-DC converter, is presented. The design of this converter takes into account aspects of FCs and batteries. In addition, converter modelling considering parameters of the FC and validation using simulation are also a part of this work. Finally, simulation results of the complete system are presented, followed by laboratory test results obtained by a practical implementation of a prototype.
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ISIDORO, ROBERTA A. "Desempenho de membranas hibridas Nafion-TiO, e eletrocatalisadores de PtSn/C em celulas a combustivel do tipo PEM alimentadas com etanol e com Hsub(2)/CO em alta temperatura." reponame:Repositório Institucional do IPEN, 2010. http://repositorio.ipen.br:8080/xmlui/handle/123456789/9613.
Full textAbstract:
Made available in DSpace on 2014-10-09T12:28:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0<br>Made available in DSpace on 2014-10-09T13:57:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0<br>Dissertacao (Mestrado)<br>IPEN/D<br>Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP
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Andréa, Vinicius. "Estudos de durabilidade de conjuntos eletrodo-membrana-eletrodo (MEAs) produzidos por impressão à tela para uso em células a combustível do tipo PEM." Universidade de São Paulo, 2013. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-08082013-152754/.
Full textAbstract:
Custo e durabilidade ainda são os maiores impeditivos para a entrada das células a combustível no mercado de dispositivos usados para produção de eletricidade. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a durabilidade dos conjuntos eletrodo-membrana-eletrodo (MEAs) produzidos no IPEN pelo método de impressão à tela para uso em células a combustível do tipo PEM. Para tanto, foi necessário desenvolver um protocolo adequado de teste de durabilidade de longa duração, visando obter estimativas da taxa de queda do potencial elétrico da célula a combustível ao longo do tempo e, assim, fazer inferência a respeito do tempo de vida deste dispositivo. Os MEAs testados durante este estudo foram preparados pelo método de impressão à tela com catalisador de Pt/C comercial e membrana Nafion® 115. O aprimoramento do protocolo de teste de durabilidade de longa duração se deu pela escolha dos procedimentos a serem executados e pelo ajuste de alguns parâmetros de operação da célula a combustível, tais como temperatura da célula, fluxo de H2 e fluxo de O2. Para a análise dos dados obtidos com os testes, foram aplicados métodos estatísticos de ajuste de modelos e curvas de polarização. Além disso, amostras da camada catalítica de um dos MEAs utilizados nos testes de durabilidade de longa duração foram analisadas por meio de microscopia eletrônica de transmissão (MET) para serem comparadas com amostras da camada catalítica de um MEA de controle. Para se avaliar o desempenho global da célula a combustível do tipo PEM em operações de longa duração, um dos grandes desafios foi fazer a separação entre as componentes de perda de desempenho que são reversíveis das irreversíveis. As estimativas obtidas para a taxa de queda do potencial elétrico da célula a combustível ao longo do tempo variaram num intervalo de 108,19 a 318,15 μV.h-1. Estes resultados podem ser considerados satisfatórios quando comparados com valores apresentados na literatura. Finalmente, as imagens obtidas por MET mostraram uma tendência de aumento no tamanho médio das partículas Pt em decorrência do tempo de operação dos MEAs, mas que não implicou numa queda significativa do desempenho das células a combustível do tipo PEM testadas.<br>Cost and durability still represent the major barriers to the entry of proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) in the market. Thus, the objective of this work was to assess the durability of membrane-electrode assemblies (MEAs) produced at IPEN through the sieve printing method to be used in PEMFCs. For this purpose, an adequate long-term test protocol was developed aiming to obtain estimates of the voltage decay rate and lifetime of the PEMFCs. In the preparation of the MEAs through the sieve printing method commercial Pt/C catalyst and Nafion® 115 membranes were used. In the development of the long-term test protocol some procedures were defined and the fuel cell operational parameters were adjusted, such as cell temperature, H2 and O2 flows. In the analysis of the data obtained from the tests, statistical methods and polarization curves were applied. Samples of the catalyst layer from a MEA used in a long-term test were compared with samples from a control MEA using a Transmission Electron Microscopy (TEM). To evaluate the overall performance of the PEMFCs in long-term operations, a major challenge was to make the separation between the components of performance loss that are reversible from the ones that are irreversible. The estimates for the voltage decay rate ranged from 110 to 318 μV.h-1. These results can be taken as satisfactory when compared with values reported in the literature. Finally, there was an increase in the average size of Pt particles in the catalyst of the long-term tested MEA, as observed in the micrographs. However, this increase did not lead to a significant performance loss of the PEMFCs.
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ANDREA, VINICIUS. "Estudos de durabilidade de conjuntos eletrodo-membrana-eletrodo (MEAs) produzidos por impressão à tela para uso em células a combustível do tipo PEM." reponame:Repositório Institucional do IPEN, 2013. http://repositorio.ipen.br:8080/xmlui/handle/123456789/10514.
Full textAbstract:
Made available in DSpace on 2014-10-09T12:41:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0<br>Made available in DSpace on 2014-10-09T14:06:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0<br>Dissertação (Mestrado)<br>IPEN/D<br>Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP
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Löser, Neiva. "Desenvolvimento de membranas mistas a base de poli(indeno) sulfonado e PVA reticulado com objetivo de aplicação em célula a combustível tipo PEM." reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS, 2011. http://hdl.handle.net/10183/34684.
Full textAbstract:
O estudo sobre membranas alternativas para uso em células a combustível do tipo PEM (Proton Exchange Membrane) tem sido realizado por diferentes grupos de pesquisa em nível mundial. Visto que as membranas comerciais ainda tem alto custo e certas limitações de desempenho nas condições de operação de células e combustível movidas a hidrogênio e a álcool. Este trabalho teve como objetivo avaliar membranas não fluoradas preparadas a partir de poli(indeno) sulfonado e poli(álcool vinílico) (PVA) na forma de rede de polímeros semi-interpenetrantes (semi-IPN), sendo o PVA reticulado com diferentes agentes reticulantes (AR). As composições das membranas foram 80:20, 70:30 e 60:40 de SPInd e PVA, respectivamente, contendo 2,5, 5,0 ou 7,5% de glutaraldeído (GLU) ou ácido sulfosuccínico (SSA) como agentes reticulantes. Os polímeros e membranas obtidas foram avaliadas quanto ao teor de grupos sulfônicos (GS) e caracterizados por espectroscopia de infra-vermelho (FT-IR), termogravimetria (TGA), grau de inchamento em água, capacidade de troca iônica (IEC), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) e análise dinâmico-mecânica (DMA). Os polímeros foram ainda avaliados em ensaio adaptado de tempo de oxidação induzida (OIT). A capacidade de troca iônica das membranas SPInd/PVA-AR variou na faixa de 1,86 a 2,87 meq.g-1, valor este considerado alto para membranas condutoras. As análises mostraram que as membranas SPInd/PVA-AR foram homogêneas apresentando excelente estabilidade térmica e alto grau de sulfonação (GS). Os valores de condutividade das membranas em temperatura ambiente foram da ordem de 10-6 S.cm-1, entretanto estas ainda necessitam ter melhor resistência mecânica e menor grau de inchamento para aplicação em células a combustível do tipo PEM.<br>The study on alternative membranes for use in fuel cells PEM (Proton Exchange Membrane) has been conducted by different research groups worldwide. As the commercial membranes still have high cost and performance limitations in certain operating conditions of fuel cells powered by hydrogen and alcohol. This study aimed to evaluate non-fluorinated membranes prepared from poly(indene) and sulfonated poly(vinyl alcohol) (PVA) to form semi-interpenetrating polymer network (semi-IPN), the PVA crosslinked with different crosslinking agents (AR). The compositions of the membranes were 80:20, 70:30 and 60:40 for SPInd and PVA, respectively, containing 2.5, 5.0 or 7.5% of glutaraldehyde (GLU) or sulfosuccinic acid (SSA) as crosslinking agent. Polymers and membranes were evaluated by infrared spectroscopy (FT-IR), thermogravimetry analysis (TGA). They were also characterized regarding the content of sulfonic groups (GS), ion exchange capacity (IEC) and water uptake, electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and dynamic mechanical analysis (DMA) and oxidative induction time (OIT) adapted method. The ion exchange capacity of membranes SPInd/PVA-AR varied in the range from 1.86 to 2.87 meq g-1 which is substantially higher for conductive membranes. The analysis showed that the membranes were homogeneous and have an excellent heat resistance and high degree of sulfonation (DS). The conductivity values of the membranes at room temperature were the order of 10-6 S.cm-1, however higher mechanical strength and lower water uptake must be pursued for PEM fuel cells applications.
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Siqueira, Tiago de Abreu. "Obtenção de camadas de difusão gasosa para célula a combustível do tipo PEM utilizando fibras curtas de carbono foto-funcionalizadas por luz UV." reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS, 2012. http://hdl.handle.net/10183/72931.
Full textAbstract:
As células a combustível do tipo PEMFC necessitam de alta durabilidade, eficiência e custo baixo de produção para que tenham aplicação prática. Um dos componentes da célula denominado MEA (Membrane Electrode Assembly) é composto por uma membrana trocadora de prótons e por camadas de difusão gasosa (CDG) que devem ser altamente condutores, porosos e hidrofóbicos. CDGs com alta hidrofobicidade são geralmente preparadas com revestimentos à base de Nafion® e PTFE (politetrafluoretileno) sobre a superfície do substrato (polímero reforçado com fibra/papel de carbono). No entanto, alguns estudos têm demonstrado que o desempenho das CDG’s tende a diminuir com o aumento de PTFE na superfície. O presente trabalho apresenta um método de tratamento superficial através de modificação assistida por radiação UV na presença do agente hidrofóbico Trimetóxipropilsilano (TMPSi). Foram realizadas modificações superficiais inserindo grupos hidrofóbicos na superfície da CDG por meio da imersão da mesma em H2O2 10% por 2 minutos, seguida da irradiação (254 nm) na presença de TMPSi por 60 e 120 min. Aplicou-se também um tratamento térmico a 80 °C por 120 minutos após a irradiação. As amostras foram caracterizadas quanto à molhabilidade por monitoramento do ângulo de contato (WCA - water contact angle), que evidenciou um aumento de aproximadamente 30° no WCA para as amostras. Análises de FTIR-ATR evidenciaram a evolução das ligações químicas realizadas na superfície do polímero e medidas de condutividade elétrica mostraram que houve um decréscimo menor com o tratamento superficial por foto-funcionalização hidrofóbica do que com os tratamentos a base de PTFE. Os resultados evidenciaram a eficiência do tratamento proposto para a produção de CDGs hidrofóbicas em alternativa aos tratamentos convencionais com PTFE e a um custo reduzido.<br>The PEMFC type fuel cell requires high durability, efficiency and low production cost to achieve wide-spread practical application. One of the components of the cell, called MEA (Membrane Electrode Assembly), comprises a proton exchange membrane and gas diffusion electrodes (GDL) that must be highly conductive, porous and hydrophobic. The highly hydrophobic GDL are usually prepared with coatings based on PTFE (polytetrafluoroethylene) on the surface of the substrate (fiber reinforced polymer/carbon paper), even though some studies have shown that the performance of CDG's tends to decrease with increasing PTFE surface. This work focuses on a surface treatment method assisted by UV radiation in the presence of a hydrophobic agent (trimetoxipropylsilane - TMPSi). Surface modifications were carried out by inserting hydrophobic groups on the surface of CDG by its immersion on 10% H2O2 solution for 2 min, followed by irradiation (254 nm) in the presence of TMPSi for 60 and 120 min. A heat treatment, 80 °C for 120 min, was also applied after irradiation. The samples were characterized, among others, by WCA (water contact angle) which showed an increase of nearly 30°, whereas FTIR-ATR showed change in chemical bonds on the polymer surface. Conductivity measurements showed higher values with the hydrophobic photo-functionalization surface treatment than the treatments based on PTFE. The results evidenced the effectiveness of the proposed treatment for the production of hydrophobic CDGs as an alternative to conventional PTFE treatments and at low cost.
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Freire, Luciana de Souza. "Estudo da influência dos parâmetros operacionais de células a combustível do tipo PEM utilizando geometria dos canais de distribuição dos gases diferentes no eletrodo catódico." Universidade Federal do Amazonas, 2013. http://tede.ufam.edu.br/handle/tede/5013.
Full textAbstract:
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Previous issue date: 2013-08-02<br>FAPEAM - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas<br>A fuel cell is a device that converts chemical energy into electrical energy
continuously and directly . In the PEMFC system, reagents are typically provided
humidified but the excess water can be condensed and thereby reduce the cell
performance because it prevents diffusion of the gas. This problem is most critical at the
cathode, because besides this condensation occurs the formation of water as a product of
the electrochemical reaction. The produced water must be removed from the cathode by
removing it through the gas diffusion layer to the flow fields and then out of the cell. In
this work, a comparative study of different flow fields cathode using plates for gas
distribution models, interdigital and trapezoidal. We evaluated the performance of the fuel
cell plates by comparison with the conventional model of gas distribution, serpentine.
Whereas the flooding of the electrode is one of the main limiting current was also carried
out to compare the performance of these plates for different compositions of cathode
diffusion layer, changing the amount of PTFE incorporated in addition to the temperature
and pressure of the reactant gases. It was observed that the temperature of dampers
different cell provides an increase in efficiency due to increase of water present in cell.
The models had a similar optimum temperature of operation, the trapezoidal model excels
at medium currents due to better efficiency in the removal of water present in the cathode.
Increased pressure favors the entire polarization curve, however the combined effects of
temperature x pressure is more pronounced in the model trapezoidal. Containing 30%
polytetrafluoroethylene present in the gas diffusion layer showed better results in most of
the analyzed temperatures<br>A célula a combustível é um dispositivo eletroquímico que converte
continuamente, e de forma direta, a energia química em energia elétrica e térmica. No
sistema PEMFC, os reagentes são normalmente fornecidos umidificados, mas o excesso
de água pode ser condensado e, consequentemente, diminuir o desempenho da célula,
pois impede a difusão do gás. Este problema é mais crítico no cátodo, pois, além desta
condensação, ocorre a formação de água como produto da reação eletroquímica. A água
produzida deve ser removida a partir do cátodo, eliminando-a através da camada de
difusão gasosa para os canais de fluxo e, em seguida, para fora da célula. Neste trabalho
foi realizado o estudo comparativo entre diferentes campos de fluxo catódicos, utilizando
placas de grafite para distribuição de gases modelos, interdigital e trapezoidal. Avaliouse
o desempenho das placas na célula a combustível através da comparação com o modelo
convencional de distribuição de gases, serpentina. Considerando que o encharcamento do
eletrodo é um dos principais limitadores de corrente, foi realizada também a comparação
do desempenho destas placas para diferentes composições da camada difusora catódica,
modificando a quantidade de PTFE incorporado, além das condições de temperatura e
pressão dos gases reagentes. Observou-se que a temperatura dos umidificadores diferente
da célula proporciona um aumento na eficiência devido o aumento de água presente no
sistema. Os modelos estudados apresentaram semelhança na temperatura ótima de
funcionamento, o modelo trapezoidal sobressai em correntes médias devido a melhor
eficiência na retirada de água presente no cátodo. O aumento da pressão favoreceu toda
a curva de polarização, porém efeitos combinados entre temperatura x pressão é mais
pronunciado no modelo trapezoidal. Teor de 30% de politetrafluoretileno presente na
camada difusora de gás apresentaram melhor resultados na maioria das temperaturas
analisadas
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Urrutia, Gonzales Edgard Fernando. "Diseño analítico de una celda de combustible tipo Pem, a baja temperatura, para generar energía y reducir la contaminación en la minera Astaldi-Alto Piura." Bachelor's thesis, Universidad Católica Santo Toribio de Mogrovejo, 2020. http://hdl.handle.net/20.500.12423/3501.
Full textAbstract:
La utilización de los vectores energéticos que tienen como base el combustible fósil durante tiempo prolongado ha generado fuertes impactos que a son dañinos para el medio ambiente por las emisiones del efecto invernadero, principal factor causante del calentamiento global. Por otra parte, la reducción del petróleo hará que en los próximos años se genere una crisis energética. Por tal motivo es ineludible transformar la fuente energética de los países rumbo a una donde la generación de energía sea limpia, eficiente, confiable y con insignificantes emisiones de carbono, causando que el paso de transición de utilización de los recursos sea más sostenible. El futuro de la energía está en el hidrógeno, que cambiará a la sociedad y la economía en el mundo llevándola a la conquista de una economía energética estable. La celda de combustible de intercambio protónico es un dispositivo que produce electricidad, calor y agua empleando hidrógeno y aire. El proyecto a presentar trata sobre el diseño de una celda de combustible de tipo membrana de intercambio protónico, este se realizó analíticamente teniendo en cuanta lo factores que intervienen en el desarrollo.
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Melo, Guilherme de Azevedo e. [UNESP]. "Um sistema eletrônico de 2kW para emulação/simulação experimental da característica estática de saída, tensão (versus) corrente, de sistemas de geração com células combustível tipo PEM." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2006. http://hdl.handle.net/11449/87239.
Full textAbstract:
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Previous issue date: 2006-12-21Bitstream added on 2014-06-13T20:29:10Z : No. of bitstreams: 1
melo_ga_me_ilha.pdf: 6893159 bytes, checksum: a70518b6cdac1869ab5705bc69904150 (MD5)<br>Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)<br>Este trabalho apresenta o desenvolvimento e implementação de um emulador para a característica estática de saída (Tensão versus Corrente) equivalente àquela de fontes de energia com células combustível. O emulador apresenta como vantagens, em relação à aquisição de uma FC, o baixo custo, o reduzido espaço físico e a flexibilidade via software para a implementação de diversas características baseadas em diferentes tipos de células combustível. Neste sentido, o emulador proposto permite a realização de ensaios preliminares durante a fase de projeto e os testes dinâmicos dos subsistemas de condicionamento de energia, sem a necessidade do acoplamento com o sistema de geração à células combustível, reduzindo-se os custos associados a estes testes laboratoriais. O emulador proposto consiste em um conversor Buck isolado Full-Bridge, com potência de saída de 2kW e alimentação via barramento de 400VCC, permitindo a emulação da característica nominal de saída de um conjunto de células tipo PEM (Proton Exchange Membrane - Membrana de Troca Protônica), em uma faixa de tensão de saída variando entre 32VCC e 72VCC, dependendo da corrente drenada pela carga. O circuito principal de controle é realizado através...<br>This work presents a design and implementation of an emulator to the static output characteristic (Voltage versus Current) that is similar to Fuel Cell generators. There are many advantages on using the Fuel Cell emulator. The emulator is cheaper, smaller and more flexible than the real Fuel Cell systems, because it is possible to emulate different characteristics through the use of a computer. In this context, a Fuel Cell emulator is proposed in this work in order to allow laboratory testes in the power conditioning system during its design and development stage. The proposed emulator is an insulated Full-Bridge converter with Buck operation, 2kW output power and 400VCC input voltage. This emulator achieves the output characteristic of a PEM (Proton Exchange Membrane) Fuel Cell stack with output voltage range of 32VCC to 72VCC, depending on the output current. The main control circuit is based on FPGA (Field Programmable Gate Array) and VHDL (Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language) language. The experimental results demonstrate that the proposed emulator achieves the output static characteristic of the PEMFC Fuel Cell System and this output characteristic can be easily modified in order to obtain another desirable static... (Complete abstract click electronic access below)
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Melo, Guilherme de Azevedo e. "Um sistema eletrônico de 2kW para emulação/simulação experimental da característica estática de saída, tensão (versus) corrente, de sistemas de geração com células combustível tipo PEM /." Ilha Solteira : [s.n.], 2007. http://hdl.handle.net/11449/87239.
Full textAbstract:
Orientador: Carlos Alberto Canesin<br>Banca: Fabio Toshiaki Wakabayashi<br>Banca: Luiz Carlos de Freitas<br>Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento e implementação de um emulador para a característica estática de saída (Tensão versus Corrente) equivalente àquela de fontes de energia com células combustível. O emulador apresenta como vantagens, em relação à aquisição de uma FC, o baixo custo, o reduzido espaço físico e a flexibilidade via software para a implementação de diversas características baseadas em diferentes tipos de células combustível. Neste sentido, o emulador proposto permite a realização de ensaios preliminares durante a fase de projeto e os testes dinâmicos dos subsistemas de condicionamento de energia, sem a necessidade do acoplamento com o sistema de geração à células combustível, reduzindo-se os custos associados a estes testes laboratoriais. O emulador proposto consiste em um conversor Buck isolado "Full-Bridge", com potência de saída de 2kW e alimentação via barramento de 400VCC, permitindo a emulação da característica nominal de saída de um conjunto de células tipo PEM ("Proton Exchange Membrane" - Membrana de Troca Protônica), em uma faixa de tensão de saída variando entre 32VCC e 72VCC, dependendo da corrente drenada pela carga. O circuito principal de controle é realizado através... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)<br>Abstract: This work presents a design and implementation of an emulator to the static output characteristic (Voltage versus Current) that is similar to Fuel Cell generators. There are many advantages on using the Fuel Cell emulator. The emulator is cheaper, smaller and more flexible than the real Fuel Cell systems, because it is possible to emulate different characteristics through the use of a computer. In this context, a Fuel Cell emulator is proposed in this work in order to allow laboratory testes in the power conditioning system during its design and development stage. The proposed emulator is an insulated "Full-Bridge" converter with "Buck" operation, 2kW output power and 400VCC input voltage. This emulator achieves the output characteristic of a PEM (Proton Exchange Membrane) Fuel Cell stack with output voltage range of 32VCC to 72VCC, depending on the output current. The main control circuit is based on FPGA (Field Programmable Gate Array) and VHDL (Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language) language. The experimental results demonstrate that the proposed emulator achieves the output static characteristic of the PEMFC Fuel Cell System and this output characteristic can be easily modified in order to obtain another desirable static... (Complete abstract click electronic access below)<br>Mestre
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Gomes, Thiago Bueno. "Estudo da reação de redução do oxigênio utilizando eletrocatalisadores à base de platina e terras raras (La, Ce, Er) para aplicação em células a combustível tipo PEM." Universidade de São Paulo, 2013. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-10122013-141419/.
Full textAbstract:
A complexidade da reação de redução do oxigênio (RRO) e suas perdas de potencial a fazem responsável por grande parte das perdas de eficiência nas células a combustível. Para esta reação o eletrocatalisador mais apropriado e com melhor desempenho é a Platina, um metal nobre e que torna alto o custo da tecnologia das células a combustível, aumentando as barreiras para entrar no mercado. Primeiramente o trabalho teve em vista reduzir a quantidade em massa de platina utilizada no cátodo, sendo substituída por óxidos de terras raras. Observando que os métodos mais comuns de síntese de eletrocatalisadores para a aplicação em células a combustível se realizam em enumeras etapas, este trabalho se propôs a preparar eletrocatalisadores através de etapas mais simples e que dependessem de menos etapas e tempo de preparo. Através da mistura física simples utilizando ultrassom foram preparados eletrocatalisadores de platina suportada em carbono com os óxidos das terras raras lantânio, cério e érbio, para o estudo em meia célula da RRO. O resultado do gráfico de Koutecky-Levich mostrou que entre os eletrocatalisadores preparados o Pt80Ce20/C foi o que apresentou atividade catalítica mais próxima da platina comercial BASF, sugerindo que a RRO aconteceu via 4 elétrons. Como encontrado na em alguns trabalhos da literatura, entre as terras raras aplicada no cátodo, o cério é o elemento que mais contribui para esta substituição, devido a sua capacidade de estocar e fornecer oxigênio. Esta característica é um grande atrativo para a RRO pois esta reação é primeira ordem em relação a concentração de oxigênio. O resultado mostrou que é possível diminuir a quantidade de platina mantendo atividade catalítica.<br>The complexity of the oxygen reduction reaction (ORR) and its potential losses make it responsible for the most part of efficiency losses at the Fuel Cells. For this reaction the electrocatalyst witch is most appropriated and shows better performance is platinum, a noble metal that elevates the cost, raising barriers for Fuel Cells technology to enter the market. First this work focuses on reducing the amount of platinum used in the cathode, by being replaced by rare earths. The most common methods of synthesis involves a large amount of steps and this work proposed to prepare the electrocatalyst through a simpler way that would not take so many steps and time to be done. Using an ultrasound mixer the electrocatalyst was prepared mixing platinum supported on carbon black and the rare earths lanthanum, cerium and erbium oxides to be applied in a half-cell study of the ORR. The Koutecky-Levich plots shows that among the electrocatalysts prepared the Pt80Ce20/C had the catalytic activity close to the commercial BASF platinum on carbon black, suggesting that the reaction was taken by the 4-electron path. As found in some works in literature, among the rare earth used to study the ORR, cerium is the one witch shows the better performance because it is able to store and provide oxygen. This feature is of great interest for the ORR because this reaction is first order to the oxygen concentration. Results show that is possible to reduce the amount of platinum maintaining the same electrocatalyst activity.
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Verjulio-Silva, Roberto Willyan Ramon. "Preparação e caracterização de eletrocatalisadores PtRu/C e PtSn/C via redução química por ácido cítrico para oxidação direta de alcoóis em células a combustível tipo PEM." Universidade de São Paulo, 2008. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-02042012-134215/.
Full textAbstract:
Neste trabalho, os sistemas de eletrocatalisadores platina-rutênio (PtRu/C) e platina-estanho (PtSn/C) suportados em carbono de alta área superficial XC72R (Cabot) foram preparados pela redução química de precursores metálicos em solução usando o ácido cítrico como agente redutor. Os eletrocatalisadores foram preparados em diferentes valores de pH, com o objetivo de obter as condições de sínteses mais otimizadas para cada um dos sistemas preparados. O método otimizado mostrou-se eficiente na redução e ancoragem de todos os metais presente em solução, sendo possível preparar tanto catalisadores com baixos teores de segundo metal (razão atômica entre Pt:M = 90:10) quanto catalisadores com altos teores de segundo metal (Pt:M = 50:50). Os eletrocatalisadores obtidos foram caracterizados por espectroscopia de energia dispersiva de raios X, difração de raios X e microscopia eletrônica de transmissão. A atividade frente a eletro-oxidação de metanol e etanol foi avaliada através de voltametria cíclica e cronoamperometria em célula eletroquímica. Para os catalisadores com melhores desempenhos eletroquímicos foram realizados experimentos em célula a combustível unitária alimentada diretamente por metanol ou etanol. O desempenho dos eletrocatalisadores preparados foi comparado com o desempenho dos eletrocatalisadores comerciais Pt50Ru50/C e Pt75Sn25/C da linha HP (High Performance) fornecidos pela E-TEK, considerados como referência nos estudos frente a eletro-oxidação de alcoóis. Para eletro-oxidação do metanol foram obtidos eletrocatalisadores com desempenho comparável ao E-TEK e para eletro-oxidação de etanol foram obtidos eletrocalisadores com desempenho superior aos catalisadores E-TEK.<br>In this work, platinum ruthenium (PtRu/C) and platinum tin (PtSn/C) electrocatalysts were prepared by a chemical reduction process using citric acid as reducing agent and high surface area Vulcan Carbon XC72R (Cabot) as supports. The PtRu/C and PtSn/C catalysts were characterized by energy dispersive X-ray spectroscopy, X-ray diffraction and transmission electron microscopy. The electro-oxidation of methanol and ethanol were studied at room temperature by cyclic voltammetry and chronoamperometry. Single fuel cell experiments were carried at 90 °C and the performance of the homemade electrocatalysts prepared by citric acid method in optimized conditions were compared with commercial Pt50Ru50/C and Pt75Sn25/C E-TEK HP (High Performance) catalysts. For methanols electro-oxidation electrocatalysts with comparable E-TEKs catalysts performance were obtained and for ethanols electro-oxidation electrocatalysts with superior performance than E-TEKs electrocatalysts were obtained.
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GOMES, THIAGO B. "Estudo da reação de redução do oxigênio utilizando eletrocatalisadores à base de platina e terras raras (La, Ce, Er) para aplicação em células a combustível tipo PEM." reponame:Repositório Institucional do IPEN, 2013. http://repositorio.ipen.br:8080/xmlui/handle/123456789/10586.
Full textAbstract:
Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:16Z (GMT). No. of bitstreams: 0<br>Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:20Z (GMT). No. of bitstreams: 0<br>Dissertação (Mestrado)<br>IPEN/D<br>Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP
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Pérez, Page María. "ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO ESTACIONARIO Y DINÁMICO DE UNA PILA DE COMBUSTIBLE TIPO PEM DE 300 W OPERANDO EN LOS MODOS DE OPERACIÓN DE ÁNODO CERRADO O DEAD-END Y ÁNODO ABIERTO." Doctoral thesis, Universitat Politècnica de València, 2012. http://hdl.handle.net/10251/16960.
Full textAbstract:
La presente Tesis Doctoral titulada "Estudio del comportamiento estacionario y dinámico de una pila de combustible de 300 W de potencia operando en modos ánodo cerrado y ánodo abierto" se estudia el efecto de las variables de operación de la pila de combustible como son los caudales de hidrógeno y de aire, la temperatura de operación, la temperatura de humidificación de los gases, los coeficientes estequiométricos de los gases y la presión de alimentación de los mismos sobre el comportamiento de una pila de combustible de 300W y de las celdas individuales que la componen, mediante las curvas potencial-densidad de corriente o curvas de polarización y mediante espectroscopía de impedancias electroquímicas. Para llevar a cabo el trabajo se ha desarrollado un sistema de monitorización y control de las variables mencionadas previamente.
Las curvas de polarización son características de cada pila de combustible, y permiten estudiar su comportamiento estacionario en diferentes condiciones de operación. En modo ánodo cerrado el potencial aumenta con el coeficiente estequiométrico del aire. En modo ánodo abierto, el potencial aumenta con los coeficientes estequiométricos del hidrógeno y del aire, con los caudales de ambos gases y con la presión. Con respecto a la temperatura, en ambos modos de operación, los mejores resultados se obtienen cuando la temperatura de operación y de humidificación tienen valores similares. Se ha desarrollado un modelo matemático que permite determinar los parámetros cinéticos de las celdas individuales mediante el ajuste de las curvas de polarización experimentales al modelo propuesto. Al estudiar el comportamiento dinámico se ha observado que cuando se produce un aumento de la densidad de corriente el potencial disminuye bruscamente, alcanza un valor mínimo o subimpulso y luego aumenta hasta alcanzar un nuevo estado estacionario. Por otro lado, cuando se produce un cambio negativo en la densidad de corriente el potencial aumenta hasta un valo<br>Pérez Page, M. (2012). ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO ESTACIONARIO Y DINÁMICO DE UNA PILA DE COMBUSTIBLE TIPO PEM DE 300 W OPERANDO EN LOS MODOS DE OPERACIÓN DE ÁNODO CERRADO O DEAD-END Y ÁNODO ABIERTO [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16960<br>Palancia
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Isidoro, Roberta Alvarenga. "Desempenho de membranas híbridas Nafion-TiO2 e eletrocatalisadores de PtSnb/C em células a combustível do tipo PEM alimentadas com etanol e com H2/CO em alta temperatura." Universidade de São Paulo, 2010. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-29082011-160200/.
Full textAbstract:
Este trabalho teve como objetivo sintetizar eletrólitos híbridos de Nafion-TiO2 e eletrocatalisadores de PtSn/C para a aplicação em células a combustível de oxidação direta de etanol (DEFC) em alta temperatura (130oC). Para tanto, partículas de TiO2 foram incorporadas in-situ em membranas comerciais de Nafion via processo sol-gel. Os materiais resultantes foram caracterizados por análise gravimétrica, absorção de água, DSC, DRX e EDX. Eletrocatalisadores baseados em platina-estanho dispersos em carbono (PtSn/C), de diferentes composições, foram produzidos pelo método de redução por álcool e utilizados como eletrodos anódicos. Os eletrocatalisadores foram caracterizados por DRX, EDX, XPS e MET. A avaliação eletroquímica dos eletrocatalisadores foi realizada por voltametria cíclica, varredura linear anódica de monóxido de carbono (stripping de CO) e cronoamperometria. Ânodos de PtSn/C e cátodos de Pt/C comercial foram dispostos juntamente com os híbridos Nafion-TiO2 para a formação do conjuntos membrana-eletrodos. A avaliação final dos materiais foi realizada por meios de curvas de polarização em células unitárias alimentadas com misturas padrão H2/CO ou etanol no ânodo e com oxigênio no cátodo no intervalo de temperatura de 80 a 130oC. As análises demonstraram que o uso de membranas híbridas diminuiu o crossover de combustível, melhorando o desempenho da célula e que o eletrocatalisador PtSn/C 70:30, produzido pelo método de redução por álcool, foi o que demonstrou melhor desempenho para oxidação de etanol.<br>In this work, Nafion-TiO2 hybrid electrolytes and PtSn/C electrocatalysts were synthesized for the application in direct ethanol fuel cell operating at high temperature (130oC). For this purpose, TiO2 particles were incorporated in commercial Nafion membranes by an in situ sol gel route. The resulting materials were characterized by gravimetric analysis, water uptake, DSC, XRD and EDX. Electrocatalysts based on carbon dispersed platinum-tin (PtSn/C), with different composition, were produced by alcohol-reduction method and were employed as anodic electrode. The electrocatalysts were characterized by XRD, EDX, XPS and transmission electronic spectroscopy. The electrochemical characterization was conducted by cyclic voltametry, carbon monoxide linear anodic voltammetry (CO stripping), and chronoamperometry. Membrane-electrodes assembly (MEAs) were formed with PtSn/C anodes, Pt/C cathodes and Nafion-TiO2 hybrids. The performance of these MEA was evaluated in single-cell fed with H2/CO mixture or ethanol solution at the anode and oxygen at the cathode in the temperature range of 80-130oC. The analysis showed that the hybrid membranes improved the DEFC performance due to crossover suppression and that PtSn/C 70:30 electrocatalysts, prepared by an alcohol reduction process, showed better performance in ethanol oxidation.
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DIAS, RICARDO R. "Preparacao e caracterizacao de eletrocatalisadores PtRu, PtSn, PtRuRh e PtSnRh para oxidacao direta de alcoois em celulas a combustivel tipo PEM utilizando a metodologia da reducao por alcool." reponame:Repositório Institucional do IPEN, 2009. http://repositorio.ipen.br:8080/xmlui/handle/123456789/9387.
Full textAbstract:
Made available in DSpace on 2014-10-09T12:26:25Z (GMT). No. of bitstreams: 0<br>Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0<br>Dissertacao (Mestrado)<br>IPEN/D<br>Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP
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Dias, Ricardo Rodrigues. "Preparação e caracterização de eletrocatalisadores PtRu, PtSn, PtRh, PtRuRh e PtSnRh para oxidação direta de álcoois em células a combustível tipo PEM utilizando a metodologia da redução por álcool." Universidade de São Paulo, 2009. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-08092009-172849/.
Full textAbstract:
Os eletrocatalisadores PtRh/C, PtRu/C, PtSn/C, PtRuRh/C e PtSnRh/C (20% em massa de metais) foram preparados pelo método da redução por álcool usando H2PtCl6.6H2O (Aldrich), RhCl3.xH2O (Aldrich) e SnCl2.2H2O (Aldrich) como fonte de metais e o carbono Vulcan XC-72 como suporte. Os eletrocatalisadores foram caracterizados pelas técnicas de EDX, difração de raios X e voltametria cíclica. A eletro-oxidação do metanol e do etanol foram estudadas através das técnicas de voltametria cíclica, cronoamperometria e curvas de polarização obtidas em células a combustível unitárias alimentadas diretamente por metanol ou etanol. As análises por EDX mostraram que as razões atômicas dos diferentes eletrocatalisadores preparados pelo método da redução do álcool são bastante similares às composições nominais de partida. Em todos os difratogramas para os eletrocatalisadores preparados observa-se um pico largo em aproximadamente 2 = 25o o qual é associado ao suporte de carbono e quatro outros picos de difração em aproximadamente 2 = 40o, 47o, 67o e 82o os quais são associados aos planos (111), (200), (220) e (311), respectivamente, da estrutura cúbica de face centrada (CFC) de platina e ligas de platina. PtSn/C e PtSnRh/C além da estrutura cúbica de face centrada apresentaram também fases de óxidos de estanho em 2 = 34o. PtSn/C e PtSnRh/C apresentaram os melhores resultados para o etanol a temperatura ambiente, enquanto que para a eletro-oxidação do metanol os sistemas PtRu/C, PtSn/C e PtRuRh/C apresentaram os melhores resultados. Os testes em células a combustível para o etanol mostraram que o sistema PtSnRh/C foi mais ativo em relação ao sistema PtSn/C. No caso do metanol PtRuRh/C apresenta um desempenho ligeiramente superior ao sistema PtRu/C e PtSn/C.<br>In this work, Pt/C, PtRh (90:10), PtRh/C (50:50), PtSn/C (50:50), PtRu (50:50)/C, PtRuRh/C (50:40:10) and PtSnRh/C (50:40:10) were prepared by an alcohol-reduction process with metal loading of 20 wt.% using H2PtCl6.6H2O (Aldrich), SnCl2.2H2O (Aldrich),and RhCl2.XH2O (Aldrich) as metals sources and Vulcan XC72 as support. The electrocatalysts were characterized by EDX, XRD and cyclic voltammetry (CV). The electro-oxidation of ethanol was studied by CV, chronoamperomety at room temperature in acid medium and tests at 100 0C on a single cell of a direct methanol or ethanol fuel cell. The EDX analysis showed that the metal atomic ratios of the obtained electrocatalysts were similar to the nominal atomic ratios used in the preparation. The diffractograms of electrocatalysts prepared showed four peaks at approximately 2 =400, 470, 670 and 820, which are associated with the (111), (200), (220) and (311) planes, respectively, of a face cubic-centered (fcc) structure characteristic of platinum and platinum alloys. The average crystallite sizes using the Scherrer equation and the calculated values were in the range of 23 nm. For PtSn/C and PtSnRh/C two additional peaks were observed at 2 = 340 and 520 that were identified as a SnO2 phase. PtSn/C (50:50) and PtSnRh/C (50:40:10) electrocatalyst showed the best performance for ethanol oxidation at room temperature. For methanol oxidation at room temperature PtRu/C, PtSn/C and PtRuRh/C electrocatalysts showed the best performance. Tests at 100 0C on a single cell of a direct ethanol fuel cell PtSnRh/C showed the best performance, for methanol oxidation PtRuRh/C showed the best performance.
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Gavillon, Jorge Luiz. "Estudo, desenvolvimento e teste de prot?tipo de c?lulas a combust?vel com membrana para troca de prot?ns (PEM) com utiliza??o direta de metanol e etanol." Pontif?cia Universidade Cat?lica do Rio Grande do Sul, 2006. http://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/3007.
Full textAbstract:
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Previous issue date: 2006-09-21<br>Esta disserta??o tem por objetivo o estudo e a implementa??o de prot?tipos das c?lulas a combust?vel com utiliza??o direta de metanol e etanol. As c?lulas a combust?vel com utiliza??o direta de metanol (DMFC) possuem vantagens em rela??o a outros tipos de c?lulas a combust?vel como a utiliza??o de um combust?vel l?quido, facilmente armazen?vel e dispon?vel no mercado e de operar em baixa temperatura, entrando rapidamente em regime de trabalho. Al?m de aplica??es veiculares e estacion?rias, as DMFC se tornaram, em fun??o dessas caracter?sticas, uma escolha preferencial para utiliza??o em aparelhos port?teis e hoje s?o desenvolvidas pesquisas e aplica??es para esse mercado. ? apresentada a metodologia de testes de forma a viabilizar a compara??o de resultados alcan?ados por outros grupos de pesquisa assim como demonstrar a evolu??o dos prot?tipos a partir das an?lises efetuadas. Como alternativa voltada para combust?vel nacional e renov?vel ? testada e avaliada a utiliza??o de etanol (?lcool et?lico) na c?lula implementada. Visando avaliar a possibilidade de aplica??o pr?tica, ? implementado um sistema piloto de ilumina??o com a utiliza??o de led de alta efici?ncia alimentado por DMFC. Assim ? realizada uma proje??o financeira e uma avalia??o t?cnica da constru??o de uma c?lula de 1 kW, que se mostrou fact?vel. Como resultado deste trabalho pioneiro foi implementada a primeira c?lula a combust?vel com utiliza??o direta de metanol do sul do Brasil tendo sido incorporada a tecnologia de c?lulas com utiliza??o direta de metanol e etanol. Em fun??o do trabalho conjunto com a equipe do projeto vinculado, foi implantado um laborat?rio de estudo e pesquisa de c?lulas a combust?vel.
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Lopes, Filho Cláudio Hartkopf. "Modelagem matemática do comportamento dinâmico de uma célula a combustível tipo PEM e desenvolvimento de um sistema de controle em malha fechada para atendimento da demanda de potência para uso automotivo." [s.n.], 2011. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/259580.
Full textAbstract:
Orientador: Marconi Kolm Madrid<br>Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação<br>Made available in DSpace on 2018-08-19T15:15:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2011<br>Resumo: Este trabalho desenvolve um modelo computacional para simulação do comportamento de uma célula a combustível do tipo PEM. O modelo foi desenvolvido usando equações físico-químicas e ajuste de parâmetros baseados em resultados experimentais - os quais foram tirados da literatura, pois não foram conduzidos testes práticos em laboratório - sendo capaz de determinar o valor de variáveis de saída importantes como potencia elétrica, tensão de saída e rendimento energético, assim com outros parâmetros de desempenho, como a razão de excesso de oxigênio, a partir de variáveis de entrada. O sistema completo foi dividido em diversos subsistemas, permitindo a análise dinâmica dos principais estados internos. O sistema de controle proposto e desenvolvido via inversão do modelo matemático. da célula. Dada a complexidade do modelo completo, sua divisão em diversos sub-sistemas permite a inversão de cada bloco isoladamente, de acordo com princípios da representação energética macroscópica (energetic macroscopic representation, EMR) e a construção de um controlador completo. No caso de subsistemas que possuem equacionamento não linear, o processo de inversão e obtido iterativamente via um algoritmo de busca repetitiva usando uma função Lyapunovcandidata construída a partir da equação que descreve o subsistema. Este controlador mostra excelentes resultados em simulação frente as não linearidades inerentes do sistema<br>Abstract: In this work we develop a computational model for the dynamical behavior simulation of a PEM fuel cell. The model was developed using physical and chemical equations and parameter fitting based on experimental data - which were obtained from literature. - being capable of predicting the value of important output variables as power, output tension and system efficiency, as well as other parameters like the oxygen excess ratio. The complete system was divided in several sub-systems, allowing dynamical analysis of the most important internal states. The proposed control system is obtained by the inversion of the fuel cell mathematical model. Given the model's complexity, each internal sub-system is inverted according the principles of energetic macroscopic representation (EMR) and all inverted controllers are integrated into the full system controller. In order to invert the mathematical model of non-linear sub-systems a interactive repetitive search algorithm is proposed, using Lyapunov-candidate functions based on the dynamic equations created for each sub-system. This control system shows good results in simulation when facing the fuel cell system non-linearity<br>Mestrado<br>Automação<br>Mestre em Engenharia Elétrica
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Brandalise, Michele. "Preparação e caracterização de eletrocatalisadores PtRu/C, PtBi/C, PtRuBi/C para eletro-oxidação direta de etanol em células a combustível tipo PEM utilizando metodologia da redução via borohidreto de sódio." Universidade de São Paulo, 2010. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-26092011-084205/.
Full textAbstract:
Os eletrocatalisadores Pt/C, PtBi/C, PtRu/C e PtRuBi/C foram preparados a partir do método de redução via borohidreto de sódio e testados na oxidação eletroquímica de etanol. No método de redução via borohidreto, adiciona-se uma solução contendo hidróxido de sódio e borohidreto de sódio a uma mistura contendo água/2-propanol, precursores metálicos e o suporte de carbono Vulcan XC72. Neste trabalho também foi estudada a forma de adição da solução de borohidreto (adição gota a gota ou adição rápida). Os eletrocatalisadores obtidos foram caracterizados por espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDX), análise termogravimétrica (TGA), difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e voltametria cíclica. A eletro-oxidação do etanol foi estudada por voltametria cíclica e cronoamperometria utilizando a técnica do eletrodo de camada fina porosa. Os eletrocatalisadores obtidos foram avaliados em condições reais de operação em célula por meio de testes em células unitárias alimentadas diretamente por etanol. A dissolução de bismuto no eletrocatalisador PtRuBi/C foi avaliada pelas técnicas de voltametria cíclica, cronoamperometria e do eletrodo disco-anel. O eletrocatalisador PtRuBi/C aparentemente mostrou um bom desempenho para a eletro-oxidação do etanol, porém as evidencias experimentais indicam a dissolução do bismuto em meio ácido.<br>Pt/C, PtBi/C, PtRu/C and PtRuBi/C electrocatalysts were prepared by a borohydride reduction methodology and tested for ethanol oxidation. This methodology consists in mix a solution with sodium hydroxide and sodium borohydride to a mixture containing water/isopropyl alcohol, metallic precursors and the Vulcan XC 72 carbon support. It was studied the addition method of borohydride (drop by drop addition or rapid addition). The obtained electrocatalysts were characterized by energy dispersive X ray spectroscopy (EDX), thermogravimetric analysis (TGA), X ray diffraction (XRD), transmission electron microscope (TEM) and cyclic voltammetry. The ethanol electro-oxidation was studied by cyclic voltammetry and chronoamperometry using the thin porous coating technique. The electrocatalysts were tested in real conditions of operation by unit cell tests. The stability of PtRuBi/C electrocatalysts was evaluated by cyclic voltammetry, chronoamperometry using the ultra-thin porous coating technique and ring-disk electrode. The PtRuBi/C electrocatalyst apparently presented a good performance for ethanol electro-oxidation but experimental evidences showed accentuated bismuth dissolution.
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BRANDALISE, MICHELE. "Preparacao e caracterizacao de eletrocatalisadores PtRu/C, PtBi/C, PtRuBi/C para eletro-oxidacao direta de etanol em celulas a combustivel do tipo PEM utilizando a metodologia da reducao via borohidreto de sodio." reponame:Repositório Institucional do IPEN, 2010. http://repositorio.ipen.br:8080/xmlui/handle/123456789/9522.
Full textAbstract:
Made available in DSpace on 2014-10-09T12:27:36Z (GMT). No. of bitstreams: 0<br>Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0<br>Dissertacao (Mestrado)<br>IPEN/D<br>Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP
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Griciūtė, Asta. "Lyderystės vystymas per ugdantį vadovavimą skirtingo tipo organizacijose." Master's thesis, Lithuanian Academic Libraries Network (LABT), 2008. http://vddb.library.lt/obj/LT-eLABa-0001:E.02~2008~D_20081202_151038-45334.
Full textAbstract:
Pagrindinis darbo tikslas yra vadovo, kaip lyderio, bruožų analizė ir remiantis atliktu tyrimu aprašyti galimus lyderystės vystymo metodus šiuolaikinėje organizacijoje. Darbas sudarytas iš trijų dalių : teorinės analizės, situacijos analizės ir projektinių sprendimų. Atliktas vadovų, kaip lyderių bruožų skirtingo tipo organizacijose tyrimas atskleidė, jog skirtinga situacija lemia skirtingą vadovo elgesį, ir norint būti efektyviu vadovu lyderiu būtina mokėti pritaikyti skirtingus valdymo metodus skirtingose situacijose. Savo ruožtu, kiekviena situacija organizacijoje reikalauja skirtingų vadovo kompetencijų ir savybių pritaikymo, kurias reikia nuolat ugdyti ir tobulinti, net ir sėkmingai vykdant veiklą. Trečiojoje darbo dalyje pateikėme metodus ir priemones ugdyti lyderio savybes naudojant ugdančiojo vadovavimo metodiką.<br>The main target of this diploma paper is analysis of skills of manager as a leader and basing on investigation results to provide possible measures and tools to improve leadership skills in contemporary organisation. There are three parts of diploma paper: theoretical analysis, research and solutions proposal part. The investigation of manager skills of different type of organisation displayed that different situation needs different management skills, and to be effective leader it is needed to adapt skills according to situation. Only when leaders come to see themselves as incomplete – as having boh strenghs and weakness, then they will be able to improve their skills. The points for improvement we had provided in tha last part of our diploma paper, which we found the most important after the analysis that we have made.