Ionomeros alifáticos/aromáticos de poliimida como membrana conductora de protones para aplicaciones de celdas de...

Área de la Ciencia:

• La ciencia de los polímeros es la ciencia de los polímeros.
• La electroquímica es electroquímica.
• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.

Sus antecedentes:

• El desarrollo de membranas de electrolitos poliméricos duraderos y conductores de protones es crucial para el avance de la tecnología de celdas de combustible.
• Los ionómeros perfluorados como Nafion son ampliamente utilizados, pero tienen limitaciones en el costo y el rendimiento a altas temperaturas.
• Existe la necesidad de materiales alternativos que ofrezcan un rendimiento comparable o superior con una mayor durabilidad.

Objetivo del estudio:

• Para sintetizar y caracterizar nuevos iónmeros de poliimida sulfonada para aplicaciones de celdas de combustible.
• Para evaluar la conductividad de protones, las propiedades mecánicas y la permeabilidad al gas de las membranas sintetizadas.
• Para evaluar la durabilidad y el rendimiento a largo plazo de estos ionómeros en un entorno de pila de combustible.

Principales métodos:

• Síntesis de los ionómeros de poliimida sulfonados a través de la reacción de policondensación.
• Caracterización de la capacidad de intercambio iónico (IEC), la conductividad de protones y las propiedades mecánicas.
• Análisis microscópico para investigar la estructura del dominio hidrófilo.
• Mediciones de la permeabilidad de los gases (H2 y O2) y pruebas de pilas de combustible.

Principales resultados:

• Ionomeros de poliimida sulfonados sintetizados (1) con IEC de 1,78-2,33 mequiv/g como membranas transparentes y dúctiles.
• La conductividad de los protones es comparable a la de Nafion a temperaturas más altas (140°C) y al 100% de humedad relativa, alcanzando 0,18 S cm (-1).
• Permeabilidad de hidrógeno y oxígeno significativamente menor (1-2 órdenes de magnitud) en comparación con Nafion.
• Demostró un rendimiento de pila de combustible comparable al de Nafion y una excelente durabilidad de más de 5000 horas.

Conclusiones:

• Los ionómeros de poliimida sulfonados con grupos alifáticos exhiben una conductividad de protones y una estabilidad prometedoras para las pilas de combustible.
• El IEC alto y las estructuras ramificadas contribuyen a mejorar el transporte de protones a través de dominios hidrófilos bien dispersos.
• Estas nuevas membranas ofrecen una alternativa viable a Nafion, con propiedades de barrera de gas mejoradas y durabilidad a largo plazo.