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The Sieve Printing process was studied in this work to apply the catalyst layers onto electrolytes utilized in PEMFC. Initially, 25 cm active area MEAs were built for comparison with others MEAs produced by the Spray technique. The two methods produced MEAs that showed current densities higher than 600 mA.cm at 600 mV. A scaling up study for 144 cm of active area MEAs was carried out. For this purpose, a new cell had to be projected for shelter the MEAs in such dimensions. The profile of the gas distribution channels was developed through the computational fluid dynamic tool “Comsol Multiphysics”. For the design of the bipolar plates of the cell the “AutoCAD” was used. The 144 cm MEAs made by Spray and by Sieve Printing methods were confronted with commercials MEAs ones of equal dimensions. These commercials MEAs presented better performance at 600 mV, however they were more costly than the solution developed in this study. The new method was showed to be adequate to fabricate low cost MEAs of different geometries and to produce any amount of MEAs for small scale stacks (up to 10 kW). SUMÁRIO Página 1 INTRODUÇÃO17 2 OBJETIVOS28 3 REVISÃO DA LITERATURA29 3.1 Polarização Eletródica 36 4 METODOLOGIA 38 4.1 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) 38 4.2 Curva de polarização 39 4.3 Processos utilizados 39 4.3.1 Confecção de MEAs e montagem de PEMFC 39 4.3.2 Tratamento de Membrana (Aspersão) 41 4.3.3 Preparação de Tinta (Aspersão) 42 4.3.4 Pintura (Aspersão) 43 4.3.5 Prensagem a Quente 44 4.4 Experiência prévia no exterior45 4.5 Procedimentos para o estabelecimento do processo de Impressão 46 4.6 Comparação entre os métodos de Impressão à Tela e Aspersão 49 4.7 Aumento de escala dos MEAs produzidos51 4.7.1 Projeto célula unitária51 4.7.2 Tratamento térmico 53 4.7.3 Preparação da pasta53 4.7.4 Adequação da altura da mesa 54 4.7.5 Secagem entre passadas54 4.7.6 Prensagem a Quente 54 4.7.7 Produção por um operador 55 4.8 Estimativa de Perdas 55 4.9 Curva de Polarização – Impressão à Tela vs Aspersão vs Comercial 55 4.10 Custo de Construção da Célula Unitária 57 4.11 Custo de Produção do MEA por Impressão à Tela 57 5 RESULTADOS E DISCUSSÕES59 5.1 Tratamento Térmico da Membrana (25 cm) 59 5.2 Adição da solução de Nafion e do Solvente (25 cm)60 5.3 Prensagem a quente (25 cm) 61 5.4 Desempenho em Células de 25 cm61 5.5 MEV 25 cm – Impressão à Tela vs Aspersão 71 5.6 Curva de Polarização 25 cm – Impressão à Tela vs Aspersão73 5.7 Projeto Célula Unitária 76 5.8 Tratamento Térmico da Membrana (144 cm) 83 5.9 Parâmetros da Preparação da Pasta, da Máquina e da Prensagem 84 5.10 Estimativa de Perdas 86 5.11 Produção por um operador 88 5.12 Desempenho 144 cm – Impressão à Tela vs Aspersão vs Comercial 89 5.13 Custo da Célula Unitária de 144 cm de área ativa96 5.14 Custo de Produção do MEA de 144 cm por Impressão à Tela 97 6 CONCLUSÕES104 6.1 Sugestões para trabalhos posteriores106 APÊNDICE A – MÁQUINA DE IMPRESSÃO À TELA107 APÊNDICE B – RESULTADOS DO PERFIL PQ20 108 APÊNDICE C – RESULTADOS DO PERFIL PQ15 109 APÊNDICE D – RESULTADOS DO PERFIL PT110 APÊNDICE E – VISTA FRONTAL – GRAFITE – PERFIL QUADRADO 111 APÊNDICE F – VISTA POSTERIOR – GRAFITE – PERFIL QUADRADO112 APÊNDICE G – VISTA DE TOPO – GRAFITE – PERFIL QUADRADO113 APÊNDICE H – VISTA FRONTAL – GRAFITE – PERFIL TRAPEZOIDAL114 APÊNDICE I – VISTA POSTERIOR – GRAFITE – PERFIL TRAPEZOIDAL ....115 APÊNDICE J – VISTA DE TOPO – GRAFITE – PERFIL TRAPEZOIDAL 116 APÊNDICE K – VISTA FRONTAL – COBRE117 APÊNDICE L – VISTA FRONTAL – ALUMÍNIO 118 APÊNDICE M – VISTA POSTERIOR – ALUMÍNIO 119 APÊNDICE N – VISTA DE TOPO – ALUMÍNIO120 APÊNDICE O – MONTAGEM121 GLOSSÁRIO122 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS123 LISTA DE TABELAS TABELA 1 – Principais tipos de Célula a Combustível17 TABELA 2 – Confecção de MEAs e montagem de PEMFC40 TABELA 3 – Tratamento de Membrana (Aspersão)41 TABELA 4 – Preparação de Tinta (Aspersão)42 TABELA 5 – Pintura (Aspersão)43 TABELA 6 – Prensagem a Quente44 TABELA 7 – Composição das Tintas (25 cm ) 2 48 TABELA 8 – Resultados do Tratamento Térmico (25 cm ) 2 59 TABELA 9 – Resultados da adição da solução de Nafion e do solvente ® 60 TABELA 10 – Cargas calculadas – Impressão à Tela (25 cm ) 2 62 TABELA 11 – Potencial de Operação – Impressão à Tela (25 cm ) 2 62 TABELA 12 – Potência Máxima – Impressão à Tela (25 cm ) 2 68 TABELA 13 – Potencial de Operação – Aspersão (25 cm ) 2 73 TABELA 14 – Potência Máxima Aspersão (25 cm ) 2 75 TABELA 15 – Características Gerais de Projeto (144 cm ) 2 82 TABELA 16 – Resultados do Tratamento Térmico da Membrana (144 cm ) 2 83 TABELA 17 – Resultados Preparação da Pasta (144 cm ) 2 84 TABELA 18 – Resultados Massas dos Potes (144 cm ) 2 86 TABELA 19 – Resultados Cargas Depositadas (144 cm ) 2 87 TABELA 20 – Resultados da Estimativa de Perdas (144 cm ) 2 88 TABELA 21 – Resultados Produção por um operador (144 cm ) 2 89 TABELA 22 – Cargas calculadas (144 cm ) 2 89 TABELA 23 – Resultados no Potencial de Operação (144 cm ) 2 90 TABELA 24 – Resultados na Potência Máxima (144 cm ) 2 94 TABELA 25 – Custo dos Materiais da Célula Unitária97 TABELA 26 – Custo dos Serviços realizados na Célula Unitária 97 TABELA 27 – Estimativa de custo (Spr – Aspersão; Sie – Impressão à Tela) ...98 TABELA 28 – Cálculo da massa total de pasta produzida 98 TABELA 29 – Cálculo dos componentes sólidos 99 TABELA 30 – Componentes da pasta catalítica de referência99 TABELA 31 – Quadro de massas por lote  100 TABELA 32 – Custo da pasta catalítica

Desenvolvimento de conjuntos eletrodo-membrana-eletrodo para células a combustível a membrana trocadora de prótons (PEMFC) por impressão à tela