Bloque conductor de aniones poli (arileno éter): síntesis, propiedades y aplicación en pilas de combustible alcalinas

Área de la Ciencia:

• Química de Polímeros La química de los polímeros es la química de los polímeros.
• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• La electroquímica es electroquímica.

Sus antecedentes:

• El desarrollo de membranas eficientes de intercambio aniónico (AEM) es crucial para las pilas de combustible alcalinas.
• Los AEM existentes a menudo sufren de insuficiente conductividad, estabilidad o alto costo.
• Los copolímeros multibloque aromáticos ofrecen propiedades sintonizables para mejorar el transporte de iones y la resistencia mecánica.

Objetivo del estudio:

• Para sintetizar y caracterizar nuevos copolímeros multibloque aromáticos conductores de aniones (QPE) con grupos de fluoreno cuaternizados sustituidos por amonio.
• Para evaluar el rendimiento de estos QPE como membranas en una célula de combustible de hidrazina directa.
• Para evaluar la conductividad, la separación de fases y la durabilidad de las membranas desarrolladas.

Principales métodos:

• Bloquea la copolicondensación de los oligómeros hidrófilos e hidrófobos.
• Clorometilación, cuaternarización y reacciones de intercambio iónico para introducir grupos funcionales.
• Microscopía electrónica de transmisión de barrido (STEM) para el análisis estructural.
• (1) Espectroscopia de RMN H para la evaluación de la degradación.
• Pruebas de pilas de combustible para evaluar el rendimiento.

Principales resultados:

• Sintetizó con éxito membranas QPE dúctiles y transparentes con una estructura multibloque bien controlada.
• Se logró una separación de fase hidrofóbica/hidrófila significativa y vías de transporte de iones interconectadas.
• Se ha demostrado una alta conductividad de iones de hidróxido (hasta 144 mS/cm a 80 °C), superando los AEM existentes.
• Exhibió una excelente durabilidad, conservando una alta conductividad después de 5000 h en agua caliente a 80 ° C.
• Funcionó con una célula de combustible de hidrazina directa sin metales nobles con una densidad de potencia máxima de 297 mW/cm2 a 80 °C.

Conclusiones:

• Las membranas de QPE exhiben propiedades prometedoras para aplicaciones conductoras de aniones, particularmente en células de combustible.
• La arquitectura multibloque es clave para lograr una alta conductividad iónica y estabilidad mecánica.
• Estos materiales representan un avance significativo en el desarrollo de AEM de alto rendimiento y durabilidad para tecnologías de energía limpia.