Estudo da reação de eletro-oxidação de hidrazina e íons borohidreto em eletrocatalisadores de metais não-nobres para células a combustível alcalinas.

Resumo

Células a combustível passivas alimentadas com combustíveis líquidos, como hidrazina ou borohidreto no ânodo e ar no cátodo (também chamadas de baterias hidrazina ou borohidreto/ar) são alternativas promissoras como fonte de energia. Isso por que apresentam alta densidade energética, autonomia e facilidade de abastecimento do combustível, comparado às baterias de íons lítio, que apresentam densidade de energia suficiente, porém com limitações de autonomia. A eletro-oxidação de hidrazina e borohidreto envolve a transferência de 4 e 8 elétrons, e produz N2 e BO2- (reversível para BH4-) como produtos finais, respectivamente. Uma importante característica destes combustíveis é que não possuem carbono em sua composição e, assim, não produzem CO ou CO2 quando oxidados. Além disso, a utilização de eletrólito alcalino abre a possibilidade do uso de metais não nobres como eletrocatalisadores, sendo economicamente viáveis para aplicação prática. Entretanto, para a maioria dos metais investigados, a oxidação total destes combustíveis compete com vias paralelas de reação, com nenhum ou menor número de elétrons e, portanto, o desafio central é o desenvolvimento de eletrocatalisadores eficientes para a condução da reação pela via direta. Diante deste quadro, esse projeto de pesquisa tem como objetivo a síntese de eletrocatalisadores nanoestruturados formados por metais não nobres, guiada por resultados teóricos e o estudo experimental das atividades eletrocatalíticas para as reações de eletro-oxidação de borohidreto e de hidrazina. Os eletrocatalisadores serão sintetizados no laboratório e caracterizados por diferentes técnicas, tais como TEM, XRD e XAS. As atividades eletrocatalíticas serão estudadas por técnicas eletroquímicas tais como voltametria e cronoamperometria e as vias reacionais seguidas em cada eletrocatalisador serão investigadas por meio de experimentos de DEMS (Differential Electrochemical Mass Spectrometry) em fluxo e on-line e também por FTIR in situ (somente para borohidreto). Os eletrocatalisadores com os melhores desempenhos serão submetidos a testes no ânodo de células alcalinas passivas unitárias. Serão realizadas curvas de polarização a fim de avaliar suas atividades em condições reais de operação.