Resistência mecânica da membrana de eletrólito polimérico e durabilidade da célula de combustível PEM

Resumo A vida útil das células de combustível de membrana de troca de prótons (PEMFC) é atualmente limitada pela resistência mecânica das membranas de eletrólito polimérico e dos conjuntos de eletrodos de membrana (MEAs). Neste artigo, os autores relatam trabalhos experimentais e de modelagem recentes para entender os mecanismos de falhas mecânicas retardadas das membranas de eletrólito polimérico e das MEAs sob condições relevantes de operação da PEMFC. A violação mecânica das membranas/MEAs na forma de furos e rasgos tem sido frequentemente observada após testes de longo prazo ou acelerados das células/pilhas da PEMFC. A falha catastrófica da célula/pilha devido a uma rápida passagem de gás ocorre logo após a violação mecânica. Caracterizações mecânicas ex situ foram realizadas em MEAs após serem submetidas ao envelhecimento químico acelerado e a testes de ciclagem de umidade relativa (UR). Os resultados mostraram uma redução significativa na ductilidade da MEA, manifestada como uma drástica redução da deformação até falha das MEAs envelhecidas quimicamente e ciclonadas em UR. Análises post-mortem revelaram a formação e crescimento de defeitos mecânicos, como fissuras e craqueamento nas membranas e MEAs. Um modelo de elementos finitos foi utilizado para estimar os estados de tensão/deformação de uma MEA com bordas restritas sob variações rápidas de UR. Métricas de dano para testes acelerados e previsão de vida útil de PEMFCs são discutidas. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. J Polym Sci Part B: Polym Phys 44: 2346–2357, 2006