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Tese de Doutorado
DOI
Documento
Autor
Nome completo
Edgar Ferrari da Cunha
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2009
Orientador
Banca examinadora
Linardi, Marcelo (Presidente)
Cassiano, Douglas Alves
Ett, Gerhard
Santiago, Elisabete Inácio
Spinacé, Estevam Vitorio
Título em português
Avaliação e aplicação da tecnologia de células a combustível tipo pem desenvolvida no IPEN em um módulo de 500W de potência nominal
Palavras-chave em português
Células a combustível
módulo de potência
simulação
stack
Resumo em português
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.
Título em inglês
EVALUATION AND APPLICATION OF PEMFC FUEL CELL´S TECHNOLOGIES DEVELOPED AT IPEN APPLIED TO A 500 We FUEL CELL STACK
Palavras-chave em inglês
Células a combustível
módulo de potência
simulação
stack
Resumo em inglês
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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Data de Publicação
2009-09-23
 
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