Ionomer de marco abierto para el transporte de oxígeno y protones para pilas de combustible de temperatura media

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Ingeniería Química

Sus antecedentes:

• Las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones de temperatura media (MT PEMFC) ofrecen ventajas sobre las contrapartes de baja temperatura, pero sufren de deshidratación de ionómero y problemas de transporte de gas a 100 ° C 120 ° C.
• Los ionómeros de nafión, cruciales para la conducción de protones, pueden deshidratarse a temperaturas más altas, lo que limita la eficiencia de la pila de combustible.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar nuevos ionómeros que mejoren la retención de agua y la conductividad de protones en los PEMFC de MT.
• Para superar las limitaciones del transporte de gas en los PEMFC de MT que funcionan a temperaturas elevadas.
• Mejorar el rendimiento de las PEMFC de MT utilizando un enfoque bioinspirado.

Principales métodos:

• Ionomeros de marco orgánico covalente (COF) sintetizados y ligados a α-aminoketonas.
• Entrelazar los iónmeros de COF con Nafion para crear membranas compuestas.
• Se ha probado el rendimiento de los PEMFC de MT que incorporan las membranas de COF-Nafion a 105 °C con H2 y combustible de aire.
• Evaluación de las propiedades de transporte de protones y oxígeno.

Principales resultados:

• Los ionomeros COF, inspirados en los osmolitos, actúan como conductores de protones "transpirables" al aprovechar el enlace de hidrógeno sinérgico para retener el agua.
• Se observó una mayor hidratación y transporte de protones, junto con una menor resistencia al transporte de oxígeno.
• Los PEMFC MT con COF-Nafion alcanzaron una densidad de potencia máxima de 18,1 W/ mg_Pt y una densidad de potencia nominal de 9,5 W/ mg_Pt, lo que representa aumentos significativos (101% y 187%) en comparación con las células de control.

Conclusiones:

• Los iónómetros de COF desarrollados abordan efectivamente los desafíos de la gestión del agua y el transporte de gas en las MT PEMFC.
• Este nuevo material aumenta significativamente el rendimiento de las pilas de combustible, lo que demuestra una estrategia prometedora para el avance de la tecnología de pilas de combustible de alta temperatura.
• El diseño de bio-inspiración ofrece un camino a las células de combustible de membrana de intercambio de protones más duraderas y eficientes.