Células de combustível

Na actualidade o consumo global de energia eléctrica é de 14 triliões de quilowathora, no ano 2020 prevê-se que deverá ser de 22. Os combustíveis fósseis são um bem escasso, na posse de apenas alguns países, que cada vez se vão tornando mais caros e cuja utilização liberta poluentes. Neste contexto, ter-se-á de encontrar uma forma alternativa e competitiva de produzir energia (eléctrica) que possa vir a substituir os combustíveis fósseis gradualmente. Esta pode estar nas células de combustível

Avaliação de desempenho de uma célula de combustível microbiana em sedimentos de sistemas aquáticos eutrofizados

Em ecossistemas aquáticos, a incorporação de um ânodo nos sedimentos anaeróbios e a colocação de um cátodo suspenso na coluna de água, pode permitir uma produção descentralizada de bioeletricidade. Nesse sentido, o presente trabalho apresenta os resultados de operação de uma SMFC laboratorial com diferentes configurações de elétrodos e tipo de materiais (carbono e aço). Os resultados obtidos mostraram uma produção contínua de bioeletricidade, com o máximo de voltagem (~100 mV) a ser atingido após um mês de operação. Depois do valor máximo de produção de bioeletricidade a corrente diminuiu, provavelmente devido a limitações de transferência de massa. O aumento da área de ânodo, através da incorporação de um novo eletrodo, resultou no aumento da voltagem obtida (~30 mV para ~60 mV com a colocação de um novo ânodo de carbono com a mesma área e de ~20 mV para 65 mV com a colocação de um ânodo de aço inoxidável). Em conclusão, a tecnologia das MFC aplicada a sistemas sedimentares pode representar, em certos casos, uma inovadora oportunidade de valorização em sistemas aquáticos eutrofizados

Modelagem computacional e análise do comportamento de células a combustível de membrana polimérica em regime estático e dinâmico de carga

The aim of this work is to give a feedback to the industry on the dynamic and static performance of the PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell / Proton Exchange Membrane Fuel Cell). This philosophy of study is an aid tool that models the fuel-cell to give confidence to the designer and to improve controls on a new prototype before they are assembled. In this work the most important aspects of this new device, used to generate electricity, were carefully studied and implemented in a computer in order to simulate its static and dynamic models when under the influence of a load change. The complete research involved the work to obtain design data, the operating principles for the PEMFC fuel-cell, a computer simulation was also built and finally results of the static and dynamic performance of the model are presented.Dissertação (Mestrado)O objetivo deste trabalho é fornecer informações sobre o desempenho dinâmico e estático da Célula de Combustível de Membrana Polimérica (PEMFC). Com esta filosofia de estudo, foi desenvolvida uma ferramenta auxiliar que modela a célula de combustível considerando seus parâmetros construtivos e operacionais, com a intenção de inserir um grau de certeza para o projetista, e melhorar os projetos de controle de um protótipo antes destes serem montados. Neste trabalho os aspectos mais importantes deste novo equipamento para gerar eletricidade foram cuidadosamente estudados e implementados em computador de forma a simular seus comportamentos estático e dinâmico quando sob a influência de uma variação de carga. A pesquisa completa envolveu o trabalho de obter dados sobre os princípios teóricos eletroquímicos envolvidos e os princípios de operação da célula de combustível com membrana polimérica. A partir disso, uma simulação computacional foi construída e finalmente são apresentados os resultados do desempenho estático e dinâmico do modelo

Fabrico de micro fuel cell utilizando processos de produção de micro eletrónica com silício

Dissertação de mestrado em Micro/Nano TecnologiasAtualmente as células de combustíveis são consideradas o próximo passo para obtenção de energia devido à sua eficiência e baixo impacto ambiental. Os aparelhos eletrónicos têm tendência a diminuir o seu tamanho e a executar mais funções, sendo assim necessário fornecer mais energia num espaço menor. Estamos a chegar a um ponto em que necessitamos sistemas de alimentação de energia com elevada densidade, eficiência e baixo peso. É aqui que a célula de combustível pode ter um papel importante. Para se poder aplicar as células de combustível nos aparelhos eletrónicos, em sistemas de transporte e outras aplicações, é necessário que o preço da sua tecnologia baixe significativamente. Com esta dissertação procuro analisar a possibilidade da produção de células de combustível com técnicas de fabrico já existentes, utilizando os processos de micro/nano fabricação que apliquem como matéria-prima principal o silício, por ser uma das mais abundantes e mais económicas. A possibilidade de se poder utilizar o silício para fabrico das células de combustível permitirá colocar uma unidade de geração de energia nos próprios circuitos eletrónicos e fabricar módulos de células de combustíveis cada vez mais pequenas. Neste estudo foi desenvolvido o fabrico de uma micro célula de combustível sem membrana de metanol direto, aplicando as técnicas de fabrico MEMS. Para o fabrico dos canais da micro célula de combustível foi utilizado o dicing. Após o fabrico dos componentes, procedeu-se à montagem e respetivos ensaios da micro célula de combustível. Apesar de algumas anomalias no processo de fabrico (que foram reportadas), poderá concluir-se que é possível construir células de combustível utilizando o silício e o dicing.In our days fuel cells are considered the next step for energy due to its efficiency and low environmental impact. The electronic devices tend to decrease its size, perform more functions, and provide more power in a smaller space. We get to a point where we need to supply system with high power density, efficiency and low weight. It is in this context that the fuel cell can be used. But to apply the fuel cells in electronics, transport systems and in other applications, it is necessary that the price of this technology becomes significantly lower. With this dissertation I intent to analyze the possibility of producing the fuel cell with the existing processes manufacturing techniques using micro / nano fabrication having as main raw material silicon, for being one of the most abundant and cheaper. The possibility of being able to use silicon for fabrication of fuel cells, will allow to place a unit power generation inside of electronic circuits and produce smaller fuel cell modules. In this study a micro direct methanol fuel cell was fabricated without membrane using the silicon substrate as the anode and cathode, applying the MEMS manufacturing techniques. For the manufacture of micro channel fuel cell was used dicing. After manufacture the components, we proceeded to assembly and testing of the respective micro fuel cell. In spite of some anomalies in the manufacturing process (that were reported), we concluded that it is possible to construct fuel cells using silicon and dicing process

Estudo do desempenho de uma célula de combustível de membrana de permuta iónica com eléctrodos de cobre-grafite

Tese de mestrado. Fundamentos e Aplicações da Mecânica dos Fluidos. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 200

ADOÇÃO DE UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO RESIDENCIAL ALIADO AO USO DE ENERGIA RENOVÁVEL, COM ÊNFASE EM ARARAQUARA/SP

This article analyzes the current development to increase access to electricity and the implementation of electricity-neutral housing (autonomous housing not connected to the electricity grid) in different scenarios. In addition, possible research instructions for electricity-neutral housing technologies are presented in more detail. For this, a case of a possible neutral housing in electricity in Brazil is described along with some initial results of simulations using photovoltaic solar energy, a new marine salt battery and a glycerol fuel cell as a backup system. Simulations use BEopt and DstorageS software. This analysis is performed using measured data on electricity consumption in a house located in the Region of Araraquara/SP. Preliminary results show that a house in the region's climate can operate on neutral electricity, with a photovoltaic solar energy of 4 kW with a 10 kWh marine salt battery and a 2 kW glycerol fuel cell operating autonomously throughout 2022.Este artículo analiza el desarrollo actual para aumentar el acceso a la electricidad y la implementación de viviendas neutras en electricidad (viviendas autónomas no conectadas a la red eléctrica) en diferentes escenarios. Además, se presentan con más detalle las posibles instrucciones de investigación para las tecnologías de vivienda neutras en electricidad. Para esto, se describe un caso de una posible vivienda neutra en electricidad en Brasil junto con algunos resultados iniciales de simulaciones utilizando energía solar fotovoltaica, una nueva batería de sal marina y una pila de combustible de glicerol como sistema de respaldo. Las simulaciones utilizan el software BEopt y DstorageS. Este análisis se realiza utilizando datos medidos sobre el consumo de electricidad en una casa ubicada en la Región de Araraquara / SP. Los resultados preliminares muestran que una casa en el clima de la región puede funcionar con electricidad neutra, con una energía solar fotovoltaica de 4 kW con una batería de sal marina de 10 kWh y una pila de combustible de glicerol de 2 kW que funcione de forma autónoma durante todo 2022.Este artigo analisa o desenvolvimento atual para aumentar o acesso à eletricidade e a implementação de habitações neutras em eletricidade (habitações autônomas não ligadas à rede elétrica) em diferentes cenários. Além disso, possíveis instruções de pesquisa para tecnologias de habitação neutras em eletricidade são apresentadas com mais detalhes. Para isso, um caso de uma possível habitação neutra em eletricidade no Brasil é descrito juntamente com alguns resultados iniciais de simulações usando energia solar fotovoltaica, uma nova bateria de sal marinho e uma célula de combustível de glicerol como um sistema de backup. As simulações usam software BEopt e DstorageS. Esta análise é realizada utilizando dados medidos sobre o consumo de eletricidade em uma casa localizada na região de Araraquara/SP. Resultados preliminares mostram que uma casa no clima da região pode funcionar com eletricidade neutra, tendo uma energia solar fotovoltaica de 4 kW com uma bateria de sal marinho de 10 kWh e uma célula de combustível glicerol de 2 kW operando de forma autônoma ao longo de 2022.Este artigo analisa o desenvolvimento atual para aumentar o acesso à eletricidade e a implementação de habitações neutras em eletricidade (habitações autônomas não ligadas à rede elétrica) em diferentes cenários. Além disso, possíveis instruções de pesquisa para tecnologias de habitação neutras em eletricidade são apresentadas com mais detalhes. Para isso, um caso de uma possível habitação neutra em eletricidade no Brasil é descrito juntamente com alguns resultados iniciais de simulações usando energia solar fotovoltaica, uma nova bateria de sal marinho e uma célula de combustível de glicerol como um sistema de backup. As simulações usam software BEopt e DstorageS. Esta análise é realizada utilizando dados medidos sobre o consumo de eletricidade em uma casa localizada na região de Araraquara/SP. Resultados preliminares mostram que uma casa no clima da região pode funcionar com eletricidade neutra, tendo uma energia solar fotovoltaica de 4 kW com uma bateria de sal marinho de 10 kWh e uma célula de combustível glicerol de 2 kW operando de forma autônoma ao longo de 2022

Modelagem, simulação e otimização de células de combustível de membrana alcalina

Resumo: A tecnologia de célula de combustível se apresenta como uma opção promissora de produção de energia limpa, quando consideradas sua alta eficiência e mínimo impacto ambiental. Entretanto seu alto custo é um dos desafios que impedem sua extensiva utilização. Por isso neste trabalho busca-se a otimização do desempenho de um protótipo da célula de combustível de membrana alcalina (AMFC). Como ferramenta para prever o desempenho da AMFC, um modelo matemático para uma AMFC unitária é introduzido neste trabalho. É necessário que o modelo seja confiável e computacionalmente rápido para prever a resposta da AMFC unitária de acordo com as variações das propriedades físicas dos materiais, e parâmetros de operação e de projeto. Por isso, o modelo é baseado em princípios eletroquímicos, e conservação de massa, momento, energia e espécies. Além disso, considera a perda de carga dos canais de gases e os gradientes de temperatura e pressão em relação ao espaço na direção do fluxo. Como resultados da simulação, apresentam-se a distribuição de temperatura, curvas de polarização e de potência líquida que foram validadas experimentalmente por comparação direta com as medidas de potencial e corrente realizadas num protótipo da AMFC, para diferentes concentrações (y) de solução de eletrólito (KOH), que mostraram boa concordância tanto quantitativa como qualitativa. Conclui-se a partir de resultados experimentais que o transiente de start-up é curto e que existem valores ótimos de y (~40%), que conduzem a potência máxima. Também foram formuladas correlações empíricas para a densidade de corrente de troca (i0) dos eletrodos em função da concentração de eletrólito. O modelo ajustado e validado foi utilizado como ferramenta para o projeto construtal (otimização termodinâmica) da AMFC, visando máxima potência líquida sob uma restrição de volume. O procedimento de otimização foi feito em dois níveis: a estrutura interna, em que é otimizada a configuração interna (espessuras das camadas difusivas e catalíticas dos dois eletrodos) e a estrutura externa, em que se busca a forma externa (razão de aspecto) ótima. O volume disponível é distribuído otimamente através do sistema tal que a potência líquida, i.e. elétrica menos a de bombeamento, é maximizada. Os resultados numéricos mostram que os ótimos encontrados são acentuados, observando-se uma variação de até 600% na potência líquida na faixa testada de razões de aspecto externas da AMFC, o que destaca a importância de encontrar os parâmetros ótimos da AMFC, seja qual for a complexidade do projeto real. Mostra-se também que a potência líquida maximizada três vezes aumenta monotonicamente com o volume total elevado à potência 0,7 (~3/4), similarmente à taxa metabólica e a massa de animais. Por último, mas não menos importante, pelo fato de combinar precisão com baixo tempo computacional, espera-se que o modelo possa ser usado como importante ferramenta para projeto, controle e otimização da AMFC para pilhas de células de combustível