dc.contributor.author | Aguiar, Jéssica de | |
dc.date.accessioned | 2022-07-27T12:29:45Z | |
dc.date.available | 2022-07-27T12:29:45Z | |
dc.date.issued | 2022-04-20 | |
dc.identifier.citation | AGUIAR, Jéssica de. Desenvolvimento de eletrólitos nanocompósitos de nafion e nanocristais de celulose para uso em células eletrolíticas com membrana trocadora de prótons (PEMECs). 2022. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16421. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16421 | |
dc.description.abstract | Proton exchange membrane water electrolysis (PEMWE) performs the
electrolysis of water to produce hydrogen, a source of clean and renewable
energy. The most used commercial electrolyte in PEMWE is the Nafion
membrane, a material that is expensive and difficult to recycle. The partial
replacement of Nafion with cellulose nanocrystals (CNCs) can produce
composite membranes can increased electrical, mechanical and biodegradability
properties. In this sense, the objective of this work is to study the elaboration of
nanocomposites (Nafion-CNC) aiming at developing high-performance
electrolytes for application in PEMWE. In the first stage of the work, the potential
of using agro-industrial residues (bagasse and sugarcane straw) to obtain CNCs
via enzymatic hydrolysis was evaluated. CNCs obtained from both biomasses
showed high crystallinity index (> 70%) and high thermal stability (Tonset > 300
°C). In the second stage, the effects of adding CNCs to Nafion were evaluated.
Nafion membranes were produced with two types of CNCs, one obtained by
enzymatic hydrolysis and the other by acid hydrolysis (commercial). The addition
of both CNCs has similar effects on Nafion’s properties. For samples with both
commercial and enzymatic CNC, an increase in the modulus of elasticity (10%
and 40% respectively) and maximum stress (10% and 13% respectively) was
observed. The two nanocomposites showedlower initial thermal degradation
temperatures, however, they still showed sufficient stability (Tonset > 170°C) for
application in PEMWE (standard operating temperature <100°C). Furthermore,
there was a significant increase in the humidification capacity and increase in
conductivity. Composite membranes were tested in PEMWE and their usability
was proven. | eng |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | por |
dc.language.iso | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
dc.subject | Células eletrolíticas com membrana trocadora de prótons (PEMECs) | por |
dc.subject | Nanocristais de celulose (CNCs) | por |
dc.subject | Nafion | por |
dc.subject | Biomassa de cana-de- açúcar | por |
dc.subject | Hidrólise enzimática | por |
dc.subject | Proton Exchange Membrane Water Electrolysis (PEMWE) | eng |
dc.subject | Cellulose Nanocrystals (CNCs) | eng |
dc.subject | Nafion | eng |
dc.subject | Sugarcane biomass | eng |
dc.subject | Enzymatic hydrolysis | eng |
dc.title | Desenvolvimento de eletrólitos nanocompósitos de nafion e nanocristais de celulose para uso em células eletrolíticas com membrana trocadora de prótons (PEMECs) | por |
dc.title.alternative | Development of nafion and cellulose nanocrystals nanocomposite electrolytes for use in proton exchange membrane water electrolysis (PEMWEs) | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.contributor.advisor1 | Marconcini, José Manoel | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/5373845785326215 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Mattoso, Luiz Henrique Capparelli | |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/5839043594908917 | por |
dc.description.resumo | Células eletrolíticas com membrana trocadora de prótons (PEMECs) são
dispositivos que realizam a eletrólise da água para a produção de hidrogênio. O
eletrólito mais empregado em PEMECs é a membrana comercial Nafion, um
material de elevado custo e difícil reciclagem. A substituição parcial do Nafion
por nanocristais de celulose (CNCs) através da produção de membranas
nanocompósitos pode aumentar propriedades elétricas, mecânicas e
biodegradabilidade. Neste sentido, o objetivo deste trabalho é estudar a
elaboração de nanocompósitos (Nafion-CNC) visando o desenvolvimento de
eletrólitos de alto desempenho (mecânico e elétrico) para aplicação em PEMEC.
Na primeira etapa do trabalho foi avaliado o potencial de aproveitamento de
resíduos agroindustriais (bagaço e palha de cana-de-açúcar) para a obtenção de
CNCs via hidrólise enzimática. Os CNCs obtidos a partir de ambas as biomassas
apresentaram elevado índice de cristalinidade (> 70%) e alta estabilidade térmica
(Tonset > 300 °C). Na segunda etapa foram avaliados os efeitos da adição de
CNCs ao Nafion. Foram produzidas membranas de nafion com dois tipos de
CNCs, um obtido por hidrólise enzimática e outro com CNCs comercial, obtidos
por hidrólise ácida. A adição de ambos os CNCs acarretam efeitos similares nas
propriedades das membranas. Para as amostras tanto com CNC comercial
quanto CNC enzimático foi observado aumento no módulo de elasticidade
(respectivamente 10% e 40%) e tensão máxima (respectivamente 10% e 13%).
Os dois nanocompósitos apresentaram redução na temperatura de início de
degradação térmica, contudo ainda apresentaram estabilidade suficiente (Tonset
> 170 °C) para aplicação em PEMECs (temperatura padrão de operação <100
°C). Ainda, houve aumento significativo na capacidade de umidificação e
elevação da condutividade. Por fim, as membranas nanocompósitos foram
testadas em PEMEC obtendo-se uma performance comparável ao apresentado
pelas membranas contendo apenas Nafion. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM | por |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS | por |
dc.description.sponsorshipId | processo no 88882.332728/2019-01, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | por |
dc.description.sponsorshipId | Processo 91752074, Serviço Alemão de Intercâmbio Acadêmico (DAAD) | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/5968223558906444 | por |