Membranas de troca aniônica (AEMs) podem ser usadas em vários dispositivos eletroquímicos para a produção de energia limpa e moléculas de alto valor agregado. A sociedade está progredindo para uma economia baseada em energias renováveis e há um sério compromisso global em reduzir a emissão dos gases do efeito estufa. Nesse contexto, a necessidade de armazenamento de energia em escala multi-GW torna-se iminente. Uma resposta para esse problema é a utilização de um sistema de armazenamento de energia à base de hidrogênio gerado pela eletrólise da água a partir de elétrons produzidos sem emissão de carbono. Nesse cenário, as AEMs são promissores eletrólitos sólidos para eletrolisadores de água (AEMWE) compactos e baratos. O uso de AEMs neste tipo de dispositivo reduz os problemas de corrosão dos componentes e permite a substituição de materiais caros por outros baratos e abundantes. No entanto, as AEMs tradicionais contem, frequentemente, grupos funcionais do tipo amônio quaternário, os quais geralmente oferecem pobre estabilidade química devido à suscetibilidade ao ataque pelo íon hidróxido (OH-). A necessidade de AEMs mais química e mecanicamente estáveis é o gargalo das tecnologias que usam este material como o componente principal. Nesse contexto, uma classe emergente de novo eletrólito de polímero sólido alcalino vem ganhando mais atenção: os ionenos. Ionenos são polímeros que incorporam cátions diretamente na estrutura base do polímero. Nesse tipo de polímero, o número de rotas de degradação é reduzido, tornando mais simples encontrar possíveis melhorias. Polímeros à base de poli (benz)imidazol, um tipo de ioneno, têm mostrado estabilidade química melhorada em ambientes de alto pH, proporcionando alta condutividade de hidróxido, e têm sido explorados com sucesso em vários dispositivos eletroquímicos. Diante desse cenário, esta proposta compreende a síntese de novas AEMs modificadas e quimicamente estáveis à base de poli(benz)imidazol para aplicações em reatores de conversão de metano e AEMWE, bem como o teste de AEMs e ionômeros produzidos no Brasil via enxertia induzida por radiação em AEMWEs. Este desenvolvimento de novas AEMs e testes em AEMWE serão realizados durante o estágio de 12 meses na Simon Fraser University, no Canadá, sob a supervisão do Professor Dr. Steven Holdcroft, que é um cientista líder neste tópico. (AU)

Estudar e colaborar no desenvolvimento, tratamento e caracterização de camadas cerâmicas para produção de células a combustível de óxido sólido para conversão do metano. Auxiliar os alunos a realizar os testes de caracterização, como termogravimetria, dilatometria, medidas de impedância e testes em células unitárias, além de contribuir para o bom funcionamento dos equipamentos e organização dos laboratórios. (AU)

As questões climáticas e a necessidade de reduzir as emissões de gases nocivos ao meio ambiente tem motivado a procura por fontes de energia limpas. Nesse contexto, a energia do hidrogênio e células a combustível desempenham um papel importante. Por outro lado, a produção de combustíveis fósseis para suprir a demanda energética ainda é majoritária e tem como um dos principais subprodutos o gás metano. Conversores eletroquímicos de metano se apresentam como uma tecnologia interessante de mitigação de potenciais efeitos de emissões de gases, com concomitante produção de energia. No contexto de produção de energia limpa e/ou minimizar efeitos de gases nocivos provenientes de combustíveis fósseis, o projeto ora proposto pretende atender essas expectativas a partir do desenvolvimento de membranas de troca aniônicas (AEMs) para serem utilizadas como eletrólito sólido em dispositivos eletroquímicos aplicados à tecnologia de células a combustível e conversores de metano a produtos de maior valor agregado, como metanol. Também pretende-se desenvolver os ionômeros de troca aniônica (AEIs) que serão utilizados como binders poliméricos nos eletrodos dos reatores eletroquímicos em questão. As AEMs são o principal componente dos sistemas eletroquímicos que operam em ambiente alcalino. Essas membranas têm inúmeras vantagens, como custo significativamente mais baixo em comparação ao estado-da-arte da membrana ácida (Nafion®), ambiente menos corrosivo e crossover de combustíveis do ânodo para o cátodo significativamente menor. No entanto, a principal razão pela qual as AEMs ainda não estão altamente disseminadas é a baixa estabilidade química dos grupos funcionais ligados a ela e aos ionômeros contra o ataque dos íons hidróxido (OH-), especificamente em meios de baixa hidratação. Entre os parâmetros que afetam a preparação das AEMs e AEIs sintetizados por enxertia via irradiação, encontram-se os diretamente relacionados à fonte de radiação (natureza da irradiação, taxa de dose e dose) e outros relacionados a componentes inerentes da reação de enxertia, tais como natureza do monômero, natureza do filme-base polimérico, concentração dos monômeros, adição de diluentes, adição de agentes de reticulação, temperatura de reação, adição de inibidor e espessura do filme; além da estrutura química da amina utilizada na reação de funcionalização. Sendo assim, visando a obtenção de materiais mais estáveis e com propriedades específicas, como altas capacidades de troca iônica (IEC), nesse estudo, pretende-se variar os parâmetros supracitados de forma a obter AEMs e AEIs inéditos e com posterior aplicação nos dispositivos eletroquímicos de interesse. (AU)

A deposição de camadas finas em células a combustível de óxido sólido (SOFCs) demonstrou ser um método altamente relevante para melhorar o desempenho da célula a combustível. Métodos físicos de deposição de vapor (PVD), como a deposição por laser pulsado (PLD), surgiram para fabricar eletrólitos finos e densos e filmes de barreiras funcionais, pois permitem um ótimo controle da estequiometria e da microestrutura. Recentemente, foi proposto inserir uma camada protetora de céria dopada com gadolínio (GDC) para evitar reações interfaciais indesejadas entre o eletrólito de zircônia estabilizada com ítria (YSZ) e o cátodo de última geração, a ferrita de cobalto estrôncio e lantânio (LSCF). No entanto, a etapa de fabricação da camada de barreira e dos componentes adjacentes da célula requer controle, pois a interdifusão de cátions geralmente ocorre através dos poros e dos contornos de grãos da barreira de GDC. Tais processos são ativados termicamente e levam a célula a uma rápida degradação, limitando seu potencial de aplicação. Portanto, é essencial desenvolver uma camada de barreira eficaz que melhore o desempenho das células e minimize a interdifusão. O foco deste estágio de pesquisa no IREC (Institut de Recerca en Energia de Catalunya) será na fabricação de camadas de barreira finas e densas depositadas pelo método PLD em SOFCs planares de grande área. A célula aprimorada será testada em condições realistas para avaliar sua aplicação visando o aprimoramento da técnica de PLD. O IREC é uma das principais instituições no mundo a desenvolver SOFCs usando o método PLD e o nosso grupo no IPEN instalou recentemente um sistema PLD. Portanto, o estágio é uma excelente oportunidade para treinar os alunos nessa poderosa técnica e trocar conhecimentos por meio de colaboração científica. (AU)

Estudar e colaborar no desenvolvimento, tratamento e caracterização de camadas cerâmicas para produção de células a combustível de óxido sólido a base de etanol e gás natural. Auxiliar os alunos a realizar os testes de caracterização, como termogravimetria, dilatometria, medidas de impedância e testes em células unitárias, além de contribuir para o bom funcionamento dos equipamentos e organização dos laboratórios.

Como participante da iniciativa conjunta da FAPESP e Shell do "New Energies Research Center" (NERC), esta Divisão de Pesquisa 3 - Metano a Produtos (RD3) é estruturada para crescer rumo a um centro de pesquisa de classe mundial, e contribuir para o avanço de tecnologias para conversão de metano a produtos de alto valor agregado. Neste contexto, a RD3 foca no desenvolvimento de tecnologias nas fronteiras da ciência para a conversão de metano indo além das tradicionais rotas catalítica ou biológica. A divisão aqui proposta cobre uma ampla gama de tópicos que representam um caminho sustentável para a transformação do metano a matérias-primas valiosas através de processos fotoquímicos e eletroquímicos. O RD3 é fundado na associação de duas instituições de pesquisa líderes no Brasil e sediadas na área metropolitana de São Paulo: o instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) e a Universidade Federal do ABC (UFABC). Estas duas instituições comprovam seu forte comprometimento com o NERC através: (i) do esforço colaborativo de pesquisadores experientes e altamente qualificados para avançar em tópicos de pesquisa de fronteira para a conversão do metano dentro do RD3; (ii) da disponibilidade da estrutura física institucional, de laboratórios e do seu corpo técnico para executar o plano de trabalho proposto; (iii) de manter um ligação forte entre pesquisa e educação tanto num nível de graduação como de pós-graduação; (iv) da provisão de pessoal e de órgãos internos para disseminação de conhecimento e resguardo de propriedade intelectual. O time da RD3 reconhece a dimensão vultuosa dos desafios propostos pelo NERC para o desenvolvimento e avanço em conhecimento científico e tecnológico para a conversão do metano. Desta forma, a RD3 está organizada para expandir suas atividades em um contexto amplo que inclui pesquisa de classe mundial, transferência de tecnologia e educação. Neste contexto, o grupo de pesquisa do RD3 se une a um conjunto de pesquisadores de outros países para ampliar seus esforços em pesquisa. Somados, a presente proposta de RD3 reúne o suporte institucional e pessoal altamente capacitado para realizar pesquisa inovadora que entregarão resultados relevantes com parte de uma parceria efetiva com o "New Energies Research Center". (AU)

Como participante da iniciativa conjunta da FAPESP e Shell do "New Energies Research Center" (NERC), esta Divisão de Pesquisa 3 - Metano a Produtos (RD3) é estruturada para crescer rumo a um centro de pesquisa de classe mundial, e contribuir para o avanço de tecnologias para conversão de metano a produtos de alto valor agregado. Neste contexto, a RD3 foca no desenvolvimento de tecnologias nas fronteiras da ciência para a conversão de metano indo além das tradicionais rotas catalítica ou biológica. A divisão aqui proposta cobre uma ampla gama de tópicos que representam um caminho sustentável para a transformação do metano a matérias-primas valiosas através de processos fotoquímicos e eletroquímicos. O RD3 é fundado na associação de duas instituições de pesquisa líderes no Brasil e sediadas na área metropolitana de São Paulo: o instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) e a Universidade Federal do ABC (UFABC). Estas duas instituições comprovam seu forte comprometimento com o NERC através: (i) do esforço colaborativo de pesquisadores experientes e altamente qualificados para avançar em tópicos de pesquisa de fronteira para a conversão do metano dentro do RD3; (ii) da disponibilidade da estrutura física institucional, de laboratórios e do seu corpo técnico para executar o plano de trabalho proposto; (iii) de manter um ligação forte entre pesquisa e educação tanto num nível de graduação como de pós-graduação; (iv) da provisão de pessoal e de órgãos internos para disseminação de conhecimento e resguardo de propriedade intelectual. O time da RD3 reconhece a dimensão vultuosa dos desafios propostos pelo NERC para o desenvolvimento e avanço em conhecimento científico e tecnológico para a conversão do metano. Desta forma, a RD3 está organizada para expandir suas atividades em um contexto amplo que inclui pesquisa de classe mundial, transferência de tecnologia e educação. Neste contexto, o grupo de pesquisa do RD3 se une a um conjunto de pesquisadores de outros países para ampliar seus esforços em pesquisa. Somados, a presente proposta de RD3 reúne o suporte institucional e pessoal altamente capacitado para realizar pesquisa inovadora que entregarão resultados relevantes com parte de uma parceria efetiva com o "Center for Innovation on New Energies". (AU)

Como participante da iniciativa conjunta da FAPESP e Shell do "New Energies Research Center" (NERC), esta Divisão de Pesquisa 3 - Metano a Produtos (RD3) é estruturada para crescer rumo a um centro de pesquisa de classe mundial, e contribuir para o avanço de tecnologias para conversão de metano a produtos de alto valor agregado. Neste contexto, a RD3 foca no desenvolvimento de tecnologias nas fronteiras da ciência para a conversão de metano indo além das tradicionais rotas catalítica ou biológica. A divisão aqui proposta cobre uma ampla gama de tópicos que representam um caminho sustentável para a transformação do metano a matérias-primas valiosas através de processos fotoquímicos e eletroquímicos. O RD3 é fundado na associação de duas instituições de pesquisa líderes no Brasil e sediadas na área metropolitana de São Paulo: o instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) e a Universidade Federal do ABC (UFABC). Estas duas instituições comprovam seu forte comprometimento com o NERC através: (i) do esforço colaborativo de pesquisadores experientes e altamente qualificados para avançar em tópicos de pesquisa de fronteira para a conversão do metano dentro do RD3; (ii) da disponibilidade da estrutura física institucional, de laboratórios e do seu corpo técnico para executar o plano de trabalho proposto; (iii) de manter um ligação forte entre pesquisa e educação tanto num nível de graduação como de pós-graduação; (iv) da provisão de pessoal e de órgãos internos para disseminação de conhecimento e resguardo de propriedade intelectual. O time da RD3 reconhece a dimensão vultuosa dos desafios propostos pelo NERC para o desenvolvimento e avanço em conhecimento científico e tecnológico para a conversão do metano. Desta forma, a RD3 está organizada para expandir suas atividades em um contexto amplo que inclui pesquisa de classe mundial, transferência de tecnologia e educação. Neste contexto, o grupo de pesquisa do RD3 se une a um conjunto de pesquisadores de outros países para ampliar seus esforços em pesquisa. Somados, a presente proposta de RD3 reúne o suporte institucional e pessoal altamente capacitado para realizar pesquisa inovadora que entregarão resultados relevantes com parte de uma parceria efetiva com o "New Energies Research Center". (AU)

Este projeto visa o estabelecimento de uma colaboração científica de longo prazo entre a Queensland University of Technology (QUT), na Austrália e o Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN), em São Paulo, por meio da troca de pesquisadores e estudantes de doutorado. Os times coordenados pelo Dr. Ziqi Sun (QUT) e Dr. Fabio Coral Fonseca (IPEN) têm interesses comuns para o desenvolvimento de materiais de alto desempenho nanoestruturados para energia, especificamente, materiais com alta atividade catalítica para células a combustível de óxidos sólidos (SOFCs) usando gás natural e/ou etanol como combustíveis. (AU)

Este projeto tem como finalidade o desenvolvimento de tintas cerâmicas que serão usadas para deposição de camadas finas de eletrólitos em células a combustível de óxidos sólidos. Os materiais usados são o óxido de cério dopado com gadolínio e o óxido de zircônio estabilizado com ítrio. Esses materiais serão preparados em suspensões usadas para deposição sobre substratos por impressora jato de tinta (inkjet). Esse método de deposição permitirá a construção de células suportadas no anodo, com eletrólitos densos e homogêneos com espessura na faixa de 5 a 10 µm. As suspensões serão analisadas por meio de ensaios granulométricos, análises de viscosidade e tensão superficial para adequá-las às condições de impressão a jato de tinta. Após as etapas de desenvolvimento das tintas cerâmicas, elas serão impressas no substrato anódico e os conjuntos anodo/eletrólito serão sinterizados em programação de temperatura e tempo adequada para a obtenção das meias células SOFC de alto desempenho. A microestrutura resultante das camadas depositadas será analisada por meio de microscopia eletrônica de varredura e testes eletroquímicos serão conduzidos para avaliação preliminar das células produzidas. (AU)