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Grupos de Pesquisa

Grupo de Eletroquímica


Histórico

O Grupo de Eletroquímica começou a ser implantado em 1973. Desde então o Grupo tem dado uma contribuição efetiva ao desenvolvimento científico e tecnológico do país através da formação de recursos humanos qualificados e do desenvolvimento de pesquisas básicas e aplicadas em áreas de fronteira, especialmente aquelas ligadas à proteção do meio ambiente e aos processos de conversão eletroquímica de energia em células a combustível e em baterias níquel-hidreto. Atualmente o Grupo é formado por 4 docentes e 5 assistentes de pesquisa especializados, além de abrigar um número médio aproximado de 5 pós-doutorandos, 40 alunos de pós-graduação e 10 de iniciação científica. Anualmente o Grupo tem formado cerca de 10 pós-graduandos (mestres e doutores), além de serem publicados ao redor de 120 trabalhos em revistas nacionais e internacionais.

Infraestrutura

A infraestrutura de pesquisa é formada por um conjunto de 06 laboratórios, ocupando uma área de aproximadamente 400 m2. Compartilha-se com os demais pesquisadores do IQSC, uma central analítica, uma biblioteca com acervo atualizado, uma oficina mecânica, uma oficina de vidros e uma oficina eletrônica, que dão suporte a muitas das atividades de pesquisa.

Linhas de Pesquisa

1. Eletrocatálise em metais e ligas metálicas.
A eletrocatálise é uma das áreas mais importantes da eletroquímica moderna, estando relacionada com problemas fundamentais atuais como a conversão eletroquímica de energia e a proteção ao meio ambiente. A pesquisa em eletrocatálise tem sido abordada de vários pontos de vista, mas os principais são:

i) determinação do mecanismo e da cinética de reações eletroquímicas de interesse;

ii) a identificação da natureza e propriedades das espécies (incluindo os intermediários) que participam da reação, e

iii) a influência das características da interface (incluindo espécies adsorvidas) sobre a cinética e o mecanismo da reação;

iv) as correlações da cinética e do mecanismo reacional com propriedades físicas e estruturais dos substratos eletrocatalíticos.

Do ponto de vista da conversão eletroquímica de energia, a reação de redução de oxigênio tem sido estudada sobre platina lisa e sobre eletrodos formados por partículas de platina e ligas de platina dispersas em pó de carbono. A oxidação de pequenas moléculas tais como a oxidação hidrogênio, metanol, amônia, nitrato, óxido nitroso sobre eletrodos de metais nobres puros ou em ligas também tem sido objeto de diversos estudos. Menos estudada, mas muito relevante no contexto brasileiro, é a oxidação de etanol sobre platina e outros materiais eletrocatalíticos. A maior complexidade relativa da molécula de etanol faz com que sua oxidação envolva a participação de um maior número de espécies, o que torna o problema muito interessante do ponto de vista fundamental e aplicado. A elucidação dos intermediários e produtos de reações deste gênero tem sido o objeto de várias atividades de pesquisa dentro do Grupo de Eletroquímica. No geral, os estudos são realizados através de técnicas eletroquímicas convencionais e com vários tipos de técnicas aplicadas “in situ”, conforme abaixo descritas.

2. Sistemas para conversão eletroquímica de energia
Estas atividades se dividem entre as células a combustível e as baterias níquel-hidreto. Em células a combustível as atividades tiveram início em 1982, com a realização de pesquisa e desenvolvimento de células de ácido fosfórico, tendo-se chegado a desenvolver todos os materiais (eletrodos, matrizes para conter o ácido fosfórico, separadores, etc.) necessários para a construção de protótipos. Foram desenvolvidos diversos protótipos pequenos (50-200 W) tendo-se chegado a construir um de 600 W. Um protótipo de 50 W chegou a funcionar por 5000 horas com desempenho comparável àqueles produzidos por firmas internacionais. Nos últimos anos o Grupo tem se dedicado a pesquisar e desenvolver as células de eletrólito polimérico sólido (PEFC, polymer electrolyte fuel cell). Um dos logros mais importantes é o desenvolvimento da tecnologia para fabricar eletrodos de difusão de gás para células de ácido fosfórico e eletrólito polimérico sólido. O Grupo também já desenvolveu e testou com sucesso um módulo de 100 W de célula de polímero sólido. Atualmente, esforços vêm sendo feitos na busca de sistemas eletrocatalíticos de alta atividade superficial, incluindo meios de reduzir a desativação do catalisador a níveis aceitáveis quando a operação do sistema envolve hidrogênio produzido por reforma ou a oxidação direta de metanol. Outros trabalhos de pesquisa básicos têm sido feito em diversos componente dos módulos PEFC, envolvendo:

a) estudos básicos de desenvolvimento e aprimoramento de eletrocatalisadores e de eletrodos de difusão de gás;

(b) estudo do balanço de água na membrana polimérica, que constitui um ponto crucial neste sistema;

(c) desenho dos distribuidores de gases (“flow field”), importante para a operação em altas densidades de corrente.

No que se refere às baterias níquel-hidreto o foco de atenção tem sido o eletrodo de hidreto metálico, cujo componente chave é uma liga metálica com alta capacidade de armazenar hidrogênio na forma de hidreto. A composição da liga é formulada para se obter um material estável que permita um número grande de ciclos de carga e descarga. As ligas de hidreto metálico correntemente desenvolvidas são baseadas em composições do tipo AB5 e AB2, onde A representa um metal de terras raras para a liga AB5 e um metal de transição de baixo número atômico para o sistema AB2; em ambos os casos, B pode incluir vários metais de transição de alto número atômico. Atualmente os esforços também têm sido voltados ao desenvolvimento de ligas AB, AB2 e A2B à base dos elementos Mg e Ni tratados por moagem de alta energia, mais especificamente ao aprimoramento de sua estabilidade ao ambiente alcalino da bateria.

Técnicas Empregadas

voltametria cíclica,
cronoamperometria,
decaimento de potencial,
eletrodo de disco rotatório,
polarização em estado estacionário, etc.;
Impedância espectroscópica eletroquímica;
Infravermelho com transformada de Fourier “in situ”;
Espectrometria de massa “on line”;
Espectroscopia XANES (X-ray absorption near edge structure) “in situ”;
EXAFS (extended X-ray absorptio fine structure) “in situ”; XPS (X-ray photoelctron spectroscopy);
Microscopia de ponta de prova (STM e AFM).

Grupo

Grupo de Eletroquímica - ELETRO Página do Grupo

Integrantes