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Júpiter - Sistema de Gestão Acadêmica da Pró-Reitoria de Graduação

Escola Politécnica

Engenharia Mecânica

Disciplina: PME3560 - Princípios de Células a Combustível

Fundamentals of Fuel Cells

Créditos Aula:	2
Créditos Trabalho:	1
Carga Horária Total:	60 h
Tipo:	Semestral
Ativação:	15/07/2020	Desativação:

Objetivos

Este curso tem como objetivo proporcionar ao aluno uma visão da ciência das células a combustível como uma integração de diferentes mecanismos de transporte, bem como dos métodos experimentais de promoção e de diagnóstico destes mecanismos, com ênfase em células do tipo eletrólito polimérico. Ao final deste curso o aluno deverá: (i) compreender as vantagens e desvantagens das células a combustível e dos diferentes tipos de células; (ii) ser capaz de realizar cálculos sobre a termodinâmica e eficiência de células a combustível operando com diferentes combustíveis; (iii) entender como os vários componentes das células a combustível interagem e ser capaz de explicar os diferentes mecanismos de transporte que operam; (iv) compreender os métodos de preparação do conjunto membrana eletrodo e os métodos experimentais de diagnóstico deste; (v) ter uma compreensão adequada da lógica por trás da economia do hidrogénio; (vi) através de aulas de demonstração, no período final do curso, ter uma visão de como uma célula a combustível é fabricada e opera na prática.

This course aims to provide the student with an understanding of fuel cell science as an integration of different transport mechanisms, as well as present experimental methods of promotion and diagnostics of these mechanisms, with emphasis on polymer electrolyte fuel cells. At the end of this course, the student should: (i) understand the advantages and disadvantages of fuel cells and its different types; (ii) be able to perform calculations on the thermodynamics and efficiency of fuel cells operating on different fuels; (iii) understand how the various components of fuel cells interact and be able to explain its different transport mechanisms; (iv) understand the methods of preparation of the membrane electrode assembly and its experimental diagnostic tools; (v) have a proper understanding of the logic behind the hydrogen economy; (vi) through demonstration classes at the last period of the course, understand how a fuel cell is manufactured and operates in practice.

Docente(s) Responsável(eis)

93439 - Julio Romano Meneghini

Programa Resumido

Introdução aos diferentes mecanismos de transporte em células a combustível, com ênfase em células a combustível do tipo eletrólito polimérico. Transporte de massa, transporte de momento, transporte de carga elétrica, transferência de calor. Métodos experimentais para caracterização do transporte de reagentes. Métodos experimentais de diagnóstico de células a combustível e sua importância no desenvolvimento de células a combustível de elevada densidade de potência, alta eficiência, baixo custo e alta durabilidade.

Introduction to the different transport mechanisms in fuel cells, with emphasis on polymer electrolyte fuel cells. Mass transport, momentum transport, electric charge transport, heat transfer. Experimental methods for the characterization of reactant transport. Experimental methods for the diagnostic of fuel cells and their importance on the development of fuel cells with high power density, high efficiency, low cost and high durability.

Programa

1. Introdução aos diferentes mecanismos de transporte em células a combustível, com ênfase em células a combustível do tipo eletrólito polimérico; 2. transporte de massa, transporte de momento, transporte de carga elétrica, transferência de calor; 3. Características das camadas/canais de transporte de gás frente ao transporte de reagente e produto; 4. Impactos da espessura e das propriedades de transporte da camada catalítica sobre o desempenho da célula e sobre o grau de utilização de catalisador; 5. Métodos experimentais ex situ para a caracterização do transporte de reagentes e a importância destes no desenvolvimento de dispositivos práticos com elevada densidade de potência e durabilidade; 6. Impactos da distribuição de reagentes sobre o grau de utilização do catalisador e durabilidade de dispositivos práticos; 7. Efeito de contaminadores sobre o transporte de espécies em células a combustível; 8. Métodos experimentais de diagnóstico de células a combustível; 9. Importância de métodos experimentais no desenvolvimento de células a combustível de elevada densidade de potência, alta eficiência, baixo custo e alta durabilidade; 10. Importância de métodos experimentais na comparação entre dispositivos práticos de células a combustível de diferentes fabricantes; 11. Caracterização experimental do transporte de massa no eletrodo e do transporte de íons no eletrólito (membrana e camada catalítica); 12. Aplicação: comparativo de um veículo elétrico a célula a combustível.

1. Introduction to the different transport mechanisms in fuel cells, with emphasis on polymer electrolyte fuel cells; 2. Mass transport, momentum transport, electric charge transport, heat transfer; 3. Properties of the gas transport layers/channels towards the transport of reactant and product; 4. Impacts of the thickness and transport properties of the catalytic layer on cell performance and degree of utilization of the catalyst; 5. Experimental ex situ methods for the characterization of reactant transport and its importance on the development of practical devices with high power density and high durability; 6. Impacts of reactant distribution on the degree of catalyst utilization and on the durability of practical devices; 7. Effects of contaminants on the transport of species and electrical charge in fuel cells; 8. Experimental methods for the diagnostic of fuel cells; 9. Importance of experimental methods on the development of fuel cells with high power density, high efficiency, low cost and high durability; 10. Importance of experimental methods for comparing practical fuel cell devices from different manufacturers; 11. Experimental characterization of mass transport in the electrode and of ion transport in the electrolyte (membrane and catalytic layer); 12. Application: comparison of an electric fuel cell vehicle.

Avaliação

Método

Duas provas escritas (P1 e P2),uma prova substitutiva, e trabalhos práticos (T)

Critério

Média das notas de provas e trabalhos. A média final será calculada da seguinte forma: Média Final = 0,8x(P1+P2) + 0,2x(NT); Onde P = notas das provas, NT= a média das notas dos trabalhos práticos; Critério: a média final deve ser maior ou igual a 5,0

Norma de Recuperação

Para o aluno que obtiver Média Final > 3.0 e NT > 5.0, será oferecido prova de recuperação. A média final após a prova de recuperação será a média desta e a média na primeira avaliação. Critério: a média final deve ser maior ou igual a 5,0

Bibliografia

LivroTexto:

1.	Gou B, Na W, Diong B. Fuel Cells: Modeling, Control, and Applications. CRC Press; 2017.
2.	Barbir F, editor. PEM Fuel Cells (Second Edition). Boston: Academic Press; 2013.
3.	Linardi M. Introdução a Ciência e Tecnologia de Células a Combustível. Artliber, 2010.
4.	Vielstich W, Yokokawa H, Gasteiger HA. Handbook of fuel cells: fundamentals technology and applications. Oxford: Wiley; 2009.

Artigos Científicos (enfatizando o cenário Brasileiro):

1.	Thales Novaes de Andrade e Bruno Rossi Lorenzi, Política energética e agentes científicos: o caso das pesquisas em células a combustível no Brasil. Sociedade e Estado 2015, 30, 727.
2.	Gustavo A. Riveros‐Godoy, Carla Cavaliero, Ennio Silva, Analysis of electrolytic hydrogen production models and distribution modes for public urban transport: study case in Foz do Iguacu, Brazil. InternationalJournalof Energy Research 2013, 37, 1142.
3.	Eli C. L. Ferreira, Fabrício M. Quadros, José P. I. de Souza e Auro A. Tanaka, Desenvolvimento de conjunto membrana-eletrodos para célula a combustível de metanol direto passiva. Química Nova 2010, 33, 1313.
4.	Hartmut Wendt, Marcelo Linardi e Eliana M. Aricó, Células a Combustível de Baixa Potência para Aplicações Estacionárias. Química Nova 2002, 3, 470.
5.	Hartmut Wendt, Michael Götz e Marcelo Linardi, Tecnologia de Células a Combustível. Química Nova 2000, 4, 23.
6.	Edson A. Ticianelli e Ernesto R. Gonzalez, Célula a Combustível: Uma Alternativa Promissora para a Geração de Eletricidade. Química Nova 1989, 12, 208.

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