Hydrogen fuel cell for Unmanned Aerial Systems: operational environment contamination response

Moura, José Guilherme Costa

Publication

Hydrogen fuel cell for Unmanned Aerial Systems: operational environment contamination response

2022-06Bachelor thesis

dc.contributor.author	Moura, José Guilherme Costa
dc.date.accessioned	2024-05-08T10:57:59Z
dc.date.available	2024-05-08T10:57:59Z
dc.date.issued	2022-06
dc.description	ASPAL/PILAV 140664-H José Guilherme Costa Moura Examination Committee Chairperson: BGEN/ENGAER João Rui Ramos Nogueira Supervisor: MAJ/ENGAER João Vítor Aguiar Vieira Caetano Co-Supervisors: Doctor Paulo António Alves Ribeirinha Member of the Committee: Doctor Luísa Manuela Madureira Andrade	pt_PT
dc.description.abstract	Green regulations and environmental concerns push the vehicle industry to study, invest and develop carbon-neutral systems. Hydrogen fuel cells offer a zero-emission solution to feed an electrical engine while demonstrating higher specific energy than traditional lithium-ion batteries, which translates to increased endurance. Air contaminations found in areas of operation of the Portuguese Air Force cause significant degradation in the aircraft that operate in these conditions. Moreover, durability is one of the extensive challenges in proton exchange membrane fuel cells, as chemical and physical degradation phenomena hinder the system’s performance over time. This thesis aims to study the response of fuel cells to contaminations mimicking those found in military aircraft operating conditions. After system optimisation and baseline testing, NaCl, CO, and NO contaminations were admitted into the fuel cell cathode. Firstly in values similar to those found in wildfire and maritime environments, and then in more significant concentrations. Contamination periods vary from 30 to 60 hours. The NaCl and NO tests revealed that these contaminations have a minimal reversible effect on performance for the periods, conditions, and concentrations studied. CO tests determined some irreversible losses, namely a 17 % drop in Electrochemical Surface Area, suggesting significant blockage of catalytic sites. Hence, prolonged wildfire operation is unadvised. Anode CO contamination was also conducted for comparison and validity purposes, revealing high monoxide adsorption in the anode catalyst layer. Lastly, ex-situ analyses were undertaken to support the performance results.	pt_PT
dc.description.abstract	A crescente consciencialização ecológica tem levado a indústria dos transportes a estudar, investir e desenvolver sistemas neutros em carbono. Células de combustível oferecem uma solução de emissões zero para alimentar um motor elétrico, ao mesmo tempo que demonstram uma energia específica mais elevada do que as baterias tradicionais de lítio, o que se traduz num aumento da autonomia. Contaminações atmosféricas encontradas nas áreas de operação da Força Aérea Portuguesa causam uma degradação significativa nas aeronaves que operam nestas condições. Esta tese visa estudar a resposta das células de combustível a contaminações semelhantes às encontradas nas condições de operação de aeronaves militares. Após otimização do sistema e testes de base, foram admitidas contaminações de NaCl, CO, e NO no cátodo da célula de combustível. Inicialmente em valores semelhantes aos encontrados em ambientes marítimos e de incêndios florestais, progredindo depois para concentrações mais significativas. Os períodos de contaminação variam de 30 a 60 horas. Os testes NaCl e NO revelaram que estas contaminações têm um efeito reversível mínimo no desempenho durante os períodos, condições, e concentrações estudadas. Os testes de CO determinaram algumas perdas irreversíveis, nomeadamente uma queda de 17 % na ECSA, sugerindo um bloqueio significativo dos locais catalíticos. Por conseguinte, a operação prolongada acima de incêndios florestais não é recomendada. Contaminações de CO no ânodo foram conduzidas para efeitos de comparação e validade, revelando uma elevada adsorção de monóxido na camada catalítica do ânodo. Finalmente, foram realizadas análises ex-situ para validar os resultados.	pt_PT
dc.description.version	N/A	pt_PT
dc.identifier.citation	Moura, J. G. C. (2022). Hydrogen fuel cell for Unmanned Aerial Systems: Operational environment contamination response (Dissertation to obtain the Master of Science Degree in Military and Aeronautical Sciences – Aviator Pilot). Academia da Força Aérea [AFA], Sintra.	pt_PT
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/10400.26/50791
dc.language.iso	eng	pt_PT
dc.publisher	Academia da Força Aérea	pt_PT
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/	pt_PT
dc.subject	Proton exchange membrane fuel cell	pt_PT
dc.subject	PEMFC	pt_PT
dc.subject	Degradation	pt_PT
dc.subject	Membrane poisoning	pt_PT
dc.subject	Impedance spectroscopy	pt_PT
dc.subject	Electrochemical surface area	pt_PT
dc.subject	ECSA	pt_PT
dc.subject	Degradação	pt_PT
dc.subject	Contaminação de membrana	pt_PT
dc.subject	Espetroscopia de impedância	pt_PT
dc.subject	Área de superfície eletroquímica	pt_PT
dc.subject	ECSA	pt_PT
dc.title	Hydrogen fuel cell for Unmanned Aerial Systems: operational environment contamination response	pt_PT
dc.title.alternative	Célula a combustível de hidrogênio para sistemas aéreos não tripulados: resposta à contaminação do ambiente operacional	pt_PT
dc.type	bachelor thesis
dspace.entity.type	Publication
oaire.citation.conferencePlace	Sintra	pt_PT
rcaap.rights	openAccess	pt_PT
rcaap.type	bachelorThesis	pt_PT