Interacción entre la estructura y las relajaciones en las membranas conductoras de protones del ácido...

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las membranas de ionómero son cruciales para el rendimiento de las células de combustible.
• Comprender las relaciones estructura-propiedad es clave para optimizar el diseño de la membrana.

Objetivo del estudio:

• Para investigar los cambios estructurales en las membranas de ionomeros 3M con peso equivalente variable (EW).
• Para correlacionar estos cambios estructurales con las propiedades de la membrana, en particular la conductividad.

Principales métodos:

• Difracción de rayos X de gran angular (WAXD) para analizar la estructura de la membrana.
• Espectroscopia vibratoria para estudiar los cambios químicos y las interacciones del agua.
• Mediciones de conductividad a temperaturas elevadas para evaluar el rendimiento.

Principales resultados:

• Regiones hidrofóbicas ordenadas observadas en membranas (excepto 700 EW).
• La disociación de protones y los cambios en la cristalinidad del dominio de poli (tetrafluoroetileno) vinculados al EW y al contenido de agua.
• La conductividad sigue el comportamiento de Vogel-Tammann-Fulcher (VTF), lo que indica la migración de protones a través de cuerpos de deslocalización (DB).
• Las membranas EW más pequeñas muestran una mayor contribución de conductividad interfacial; las membranas EW más grandes dependen más del intercambio de protones DB.

Conclusiones:

• La estructura de la membrana tiene un impacto significativo en la conductividad de los protones.
• El intercambio de protones entre los DB se convierte en un límite de velocidad en los EW más altos.
• La optimización de la estructura de la membrana de ionómero es esencial para el funcionamiento eficiente de la pila de combustible.