Nanocristais de celulose como aditivos em membranas de Nafion para aplicações de eletrólise de água

Resumo

A eletrólise da água com membrana de troca de prótons (PEMWE) realiza a eletrólise da água para produzir hidrogênio, uma fonte de energia limpa e renovável. O eletrólito comercial mais utilizado no PEMWE é a membrana de Nafion, um material caro e de difícil reciclagem. A substituição parcial do Nafion por nanocristais de celulose (CNCs) pode produzir membranas compostas com propriedades elétricas, mecânicas e de biodegradabilidade aumentadas. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho é estudar a elaboração de nanocompósitos (Nafion-CNC) visando o desenvolvimento de eletrólitos de alto desempenho para aplicação em PEMWE. Os efeitos da adição de CNCs ao Nafion foram avaliados. As membranas de nafion foram produzidas com dois tipos de CNCs, um obtido por hidrólise enzimática e outro por hidrólise ácida (comercial). A adição de ambos os CNCs tem efeitos semelhantes nas propriedades do Nafion. Para amostras com CNC comercial e enzimática, observou-se um aumento no módulo de elasticidade (10% e 40% respectivamente) e tensão máxima (10% e 13% respectivamente). Os dois nanocompósitos apresentaram menores temperaturas iniciais de degradação térmica, porém, ainda apresentaram estabilidade suficiente (Tonset > 170°C) para aplicação em PEMWE (temperatura padrão de operação <100°C). Além disso, houve um aumento significativo na capacidade de umidificação e aumento na condutividade. As membranas compostas foram testadas em PEMWE e sua usabilidade foi comprovada.