Avaliação da degradação por ultrassom de polímeros perfluorsulfonados utilizados como membrana em células a combustível tipo PEMFC

Abstract

A utilização de células a combustível como uma alternativa de geração de energia limpa, frente ao emprego de combustíveis fósseis, vem tornando-se cada vez mais uma realidade. Dentre diferentes possibilidades, o uso de membranas do tipo PEM (Proton Exchange Membrane), a base de polímeros sólidos firma-se como a melhor tecnologia para uso em bens móveis, como veículos automotivos, bem como em aplicações estacionárias, pela alta eficiência energética. Atualmente, os polímeros perfluorsulfonados, como o usado para fabricação da membrana Nafion®, tem sido os mais empregados, devido à alta estabilidade eletroquímica e possibilitar alta troca protônica. Busca-se portanto um maior rendimento, maior durabilidade e redução de custos na fabricação destes materiais. Alguns testes têm sido empregados na caracterização da degradação destas membranas, porém nem todos reproduzem o ambiente de operação de uma PEMFC. A técnica de sonoquímica, que estuda o efeito de ondas ultrassônicas, tem sido investigada para avaliação da degradabilidade de polímeros, uma vez que as ondas de alta energia quebram ligações covalentes, devido ao efeito da cavitação acústica. Assim, com o uso de ultrassom é possível ter-se redução da massa molar do polímero, bem como estreitamento da curva de distribuição destas, e consequentemente da viscosidade em solução. Neste trabalho, avaliou-se o uso do ultrassom na degradação do polímero perfluorsulfonado, base da membrana Nafion®, utilizando-se um equipamento com ponteira, com o objetivo de avaliar o potencial uso deste no desenvolvimento de método que permita estimar a resistência química de polímeros eletrólitos para confecção de membranas. Para tanto, foram preparadas soluções poliméricas contendo 0,5; 2,0, 5,0 e 7,5% do polímero precursor da membrana Nafion. As soluções foram submetidas a irradiação com ultrassom em equipamento do tipo sonda, utilizando-se amplitude de onda de 20 e 40%, durante 30 e 60 min. Os polímeros foram caracterizados por viscosimetria, análise termogravimétrica (TGA), calorimetria diferencial de varredura (DSC) e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). Verificou-se que o uso de ultrassom foi eficiente na degradação do polímero, na maioria das soluções irradiadas, mostrando ser uma alternativa viável para uso em metodologia de avaliação da estabilidade química de polímeros eletrólitos e outros. Observa-se que a concentração da solução tem efeito significativo na degradação do polímero. Técnicas usuais de caracterização de materiais não foram suficientes para o completo entendimento do produto formado na degradação do Nafion pela sonoquímica.