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Tipo: Dissertação
Título : Análise da resistência e do desempenho de membranas de troca protônica (PEM) à base de quitosana sob variação de temperatura
Título en inglés: Analysis of the resistance and performance of chitosan-based proton exchange membranes (PEM) under temperature variation
Autor : Braga, Marcelo Rocha
Tutor: Graça, Manuel Pedro Fernandes
Co-asesor: Freire, Francisco Nivaldo Aguiar
Palabras clave en portugués brasileño: Hidrogênio verde;Células a combustível;Quitosana;Membranas poliméricas;Condução protônica
Palabras clave en inglés: Green hydrogen;Fuel cells;Chitosan;Polymeric membranes;Proton conduction
Áreas de Conocimiento - CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Fecha de publicación : 2025
Citación : BRAGA, Marcelo Rocha. Análise da resistência e do desempenho de membranas de troca protônica (PEM) à base de quitosana sob variação de temperatura. 2025. 59 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumen en portugués brasileño: Este trabalho investiga a fabricação e a performance de membranas à base de quitosana para células de combustível PEM de hidrogênio. A busca por energias renováveis tem sido cada vez maior nos dias de hoje, se destacando a crescente procura por mecanismos de geração de energia à base de hidrogênio, dentre eles, as chamadas células de combustível PEM (Polymer Electrolyte Membrane) que podem, por meio de uma membrana polimérica, permitir a migração de prótons de hidrogênio do ânodo para o catodo onde se combinam com oxigênio, gerando como produto energia e água. Existem diversos materiais que podem ser utilizados para a fabricação desta membrana, neste trabalho se optou por estudar a fabricação de uma membrana orgânica composta de quitosana como base, dopada com reagentes diversos, bem como a realização de testes para averiguar a sua resistência e performance em temperaturas crescentes, de modo a avaliar a viabilidade deste composto orgânico de baixo custo para o mercado. A metodologia leva em consideração a dissolução de misturas de quitosana e álcool polivinílico em uma solução de ácido sulfosuccínico (SSA) e ácido clorídrico. Sendo posteriormente secados e tratados com ácido sulfúrico, que foram utilizados em uma célula de combustível para testes. Os resultados dos testes demonstraram que as membranas dopadas apresentaram boa estabilidade estrutural e eficiência de geração de energia em temperatura ambiente, com voltagem produzida comparável a materiais comerciais, como o Nafion®. Enquanto nos testes de temperatura foram observados comportamentos distintos entre as membranas com e sem dopagem extra de ácido sulfúrico, sugerindo uma melhor estabilidade térmica com a presença de H2SO4, mas em geral com ambas sendo de relativamente baixa performance e funcionais apenas até aproximadamente a temperatura de 150º C, com potencial de melhora mediante otimização da umidificação. As características sugerem que as membranas de quitosana podem ser alternativas viáveis e sustentáveis para células de combustível de hidrogênio, podendo ser ainda melhores com aditivos e modificações para melhorar sua resistência térmica e condução protônica, contribuindo significativamente para a transição energética com materiais orgânicos e renováveis.
Abstract: This work investigates the fabrication and performance of chitosan-based membranes for hydrogen PEM fuel cells. The search for renewable energy sources has been increasing steadily in recent times, with a growing interest in hydrogen-based energy generation mechanisms, among which the so-called PEM (Polymer Electrolyte Membrane) fuel cells stand out. These cells, through a polymeric membrane, allow the migration of hydrogen protons from the anode to the cathode, where they combine with oxygen, generating energy and water as products. Various materials can be used for the fabrication of this membrane; in this study, the focus was placed on developing an organic membrane based on chitosan, doped with different reagents. Performance and resistance tests were conducted under increasing temperatures to evaluate the viability of this low-cost organic compound for the market. The methodology involved dissolving chitosan and polyvinyl alcohol (PVA) mixtures in a solution of sulfosuccinic acid (SSA) and hydrochloric acid, followed by drying and treatment with sulfuric acid. The resulting membranes were then used in a fuel cell for testing. The test results showed that the doped membranes exhibited good structural stability and efficient energy generation at room temperature, with voltages comparable to commercial materials such as Nafion®. During the temperature tests, distinct behaviors were observed between the membranes with and without additional sulfuric acid doping, suggesting improved thermal stability in the presence of H₂SO₄. However, overall performance remained relatively low, with functionality maintained only up to approximately 150 °C, although with potential for improvement through better system humidification. The characteristics observed suggest that chitosan membranes can be viable and sustainable alternatives for hydrogen fuel cells and may achieve even better results with further additives and modifications to enhance their thermal resistance and proton conductivity. This could contribute significantly to the energy transition using organic and renewable materials.
Descripción en portugués brasileño : Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI : http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/82707
ORCID del autor: https://orcid.org/0009-0004-0436-7763
Lattes del autor: http://lattes.cnpq.br/5493555940179091
ORCID del tutor: https://orcid.org/0000-0002-6858-9507
Lattes del tutor: http://lattes.cnpq.br/7752039044261325
ORCID del co-asesor: https://orcid.org/0000-0001-5449-2635
Lattes del co-asesor: http://lattes.cnpq.br/1550246266734380
Derechos de acceso: Acesso Aberto
Aparece en las colecciones: DEME - Dissertações defendidas na UFC

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