Copolímeros en forma de peine, conductores de aniones y altamente estables para 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 electrolitos poliméricos conductores de aniones duraderos es crucial para el avance de la tecnología de pila de combustible alcalina (AFC).
• Los electrolitos de polímero existentes a menudo se enfrentan a desafíos con la estabilidad y la conductividad en condiciones operativas.

Objetivo del estudio:

• Síntesis y caracterización de nuevos polímeros cuaternizados (óxido de fenileno 2,6-dimetil) con estructuras en forma de peine para aplicaciones de AFC.
• Para investigar la relación entre la longitud de la cadena lateral de alquilo y la conductividad iónica resultante y la estabilidad química de los electrolitos del polímero.

Principales métodos:

• Síntesis de polímeros en forma de peine a través de la reacción de Menshutkin.
• Caracterización utilizando dispersión de rayos X de ángulo pequeño (SAXS) para analizar la formación del dominio iónico.
• Evaluación de la estabilidad química en condiciones de envejecimiento acelerado (1 M NaOH a 80 °C durante 2000 h).
• Fabricación y ensayo de AFCs utilizando los polímeros sintetizados como ionómeros en capas de catalizador.

Principales resultados:

• Los polímeros en forma de peine con cadenas laterales de alquilo únicas y largas exhibieron una mayor conductividad de hidróxido.
• La conductividad más alta se logró con los cationes de benzildimetilhexadecilo amonio (C-16).
• Las membranas demostraron una excelente estabilidad química, manteniendo una alta conductividad iónica después de una exposición prolongada a duras condiciones alcalinas.
• El rendimiento de AFC mostró que el ionomer de cadena lateral C-6 retuvo el 90% de su rendimiento inicial después de 60 horas de operación, superando al ionomer C-16 en durabilidad.

Conclusiones:

• Los polímeros en forma de peine con longitudes de cadena lateral de alquilo apropiadas son candidatos prometedores para electrolitos conductores de aniones duraderos en los AFC.
• El polímero de cadena lateral C-6 ofrece un equilibrio superior de conductividad y durabilidad a largo plazo en comparación con las variantes de cadena más largas.
• Estos hallazgos allanan el camino para materiales mejorados en las tecnologías de celdas de combustible alcalinas de próxima generación.