Caracterização da placa bipolar de eletrolisadores alcalinos para produção de hidrogênio

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Please use this identifier to cite or link to this item: https://tede.unioeste.br/handle/tede/5854

Tipo do documento:	Dissertação
Title:	Caracterização da placa bipolar de eletrolisadores alcalinos para produção de hidrogênio
Other Titles:	Alkaline electrolyzer bipolar plate characterization for hydrogen production
Autor:	Balbuena, Victor Alejandro Rivarola
Primeiro orientador:	Rocha, Carlos Roberto Mendonça da
Primeiro membro da banca:	Basso, Rodrigo Leonardo de Oliveira
Segundo membro da banca:	Freitas, Ricardo Luiz Barros de
Terceiro membro da banca:	Ferracin, Ricardo José
Resumo:	A situação ambiental atual sem precedente devido aos impactos negativos da mudança climática tem acelerado os desenvolvimentos de tecnologias para a iminente transição energética de combustíveis fosseis para combustíveis renováveis. As tecnologias de hidrogênio (H2) se apresentam como promissoras para serem o pilar da descarbonização da economia na transição energética. A matriz energética do Brasil possui potencial para produção de hidrogênio verde, que é produzido com uso de fontes renováveis na geração de energia elétrica. Neste contexto, o Parque Tecnológico Itaipu (PTI) desenvolve trabalhos de pesquisa de produção, armazenamento e aplicação do gás hidrogênio na Planta de Produção de Hidrogênio (PPH) instalada no PTI, que é obtido a partir da eletrólise alcalina. Com o objetivo de reduzir custos dessa tecnologia, trabalhos de caraterização do eletrolisador bipolar instalado na PPH foram realizados visando contribuir para a nacionalização da tecnologia no futuro. O presente trabalho propõe a caraterização da placa bipolar do eletrolisador a partir de técnicas de caracterização química e eletroquímica. A placa bipolar é um dos componentes internos que permitem a construção de eletrolisadores alcalinos mais baratos e mais eficientes. Como resultado da caracterização química, identificou-se por técnicas de difração de raio X (DRX) e energia dispersiva de raio X (EDS) que a placa bipolar consiste em uma liga de NiFe. As imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) demonstraram que a placa bipolar consiste em um aço revestido com níquel para resistência à corrosão. Utilizando o método de Brunauer-Emmett-Teller (BET) foi calculada uma área superficial especifica de 5,08 g/m². Como resultado da caracterização eletroquímica, a análise por voltametria cíclica permitiu verificar o perfil voltamétrico do níquel na placa bipolar. Em estudos realizados com incremento de temperatura, observou-se em 80°C um aumento de até 27 vezes na densidade de corrente para produção de O2 e de até 25 vezes na produção de H2. O aumento do valor da densidade de corrente está de acordo com a redução da resistência à transferência de carga observado nos espectros de impedância eletroquímica. A reação de evolução de O2 apresentou melhor desempenho que a reação de evolução de H2 quando comparadas às resistências de transferência de carga pela passagem de uma densidade de corrente de 10 mA/cm2 anódica e cátodica, respectivamente.
Abstract:	The current unprecedented environmental situation due to negative climate change impacts has accelerated the development of technologies towards the imminent energy transition from fossil fuels to carbon free renewable fuels. Hydrogen (H2) technologies are promissory to head the economy decarbonization on the energy transition. The Brazilian energy mix allows the country the potential for producing green Hydrogen from renewable sources. In this context, the Itaipu Technological Park (PTI) works on gas production, storage and applications researches at the Hydrogen Production Plant (PPH) installed at the PTI, using alkaline electrolyzer technology. To reduce technology cost, material characterization of the bipolar electrolyzer installed at the PPH are carried out to nationalize the technology. The present work proposes a characterization of the bipolar plate of the alkaline electrolyzer using chemical and electrochemical techniques. The bipolar plate is one of the internal components that allows the construction of state-of-theart alkaline electrolyser technologies. As a result, it was identified by X-ray diffraction (XRD) and X-ray energy dispersive (EDS) techniques that the bipolar plate consists of a NiFe alloy. Images obtained by scanning electron microscopy (SEM) demonstrated that the bipolar plate is a nickel-plated steel for corrosion resistance. Using the Brunauer-Emmett-Teller (BET) method, a specific surface area of 5.08 gr/m² was calculated. By Cyclic voltammetry analysis, the nickel voltametric profile of the bipolar plate was identified. Increasing the temperature to 80°C shows an increase of up to 27 times the current density for O2 production and up to 25 times for H2 production. This increase agreed with charge transfer resistance reduction seen by electrochemical impedance spectra (EIS) when increasing temperature. The O2 evolution reaction performed better than H2 when compared EIS results by passing a cathodic and anodic current density of 10 mA/cm2.
Keywords:	Hidrogênio Eletrólise alcalina Caracterização de materiais Caraterização eletroquímica Hydrogen Alkaline electrolysis Materials characterization Electrochemical characterization
CNPq areas:	ENGENHARIA ELETRICA::CIRCUITOS ELETRICOS, MAGNETICOS E ELETRONICOS
Idioma:	por
País:	Brasil
Publisher:	Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Sigla da instituição:	UNIOESTE
Departamento:	Centro de Engenharias e Ciências Exatas
Program:	Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Computação
Campun:	Foz do Iguaçu
Citation:	Balbuena, Victor Alejandro Rivarola. Caracterização da placa bipolar de eletrolisadores alcalinos para produção de hidrogênio. 2021. 87 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Computação) - Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Foz do Iguaçu, 2021
Tipo de acesso:	Acesso Aberto
Endereço da licença:	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI:	https://tede.unioeste.br/handle/tede/5854
Issue Date:	22-Sep-2021
Appears in Collections:	Mestrado em Engenharia Elétrica e Computação (FOZ)

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Victor_Alejandro_Rivarola_Balbuena_2021.pdf	Documento principal	4.4 MB	Adobe PDF	View/Open Preview ×

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