Efectos de una red hidrofílica sulfonada en la microestructura y las propiedades de la matriz de Nafion

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Química de los polímeros

Sus antecedentes:

• Las membranas de intercambio de protones (PEM) son cruciales para la tecnología de celdas de combustible.
• Las membranas de Nafion sufren de un alto cruce de alcohol, lo que limita su uso en pilas de combustible de alcohol directo.
• Mejorar las propiedades de barrera del alcohol manteniendo la conductividad del protón es un desafío clave.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una nueva membrana hidrofílica de intercambio de protones con un mejor rendimiento de barrera de alcohol.
• Mejorar la estabilidad y la eficiencia de las membranas basadas en Nafion para aplicaciones de pilas de combustible.
• Investigar el efecto de la densidad de reticulación y la polaridad en las propiedades de la membrana.

Principales métodos:

• Fabricación de una membrana reticulada utilizando polisulfona azida (SPSU-N3) y alcohol polivinílico sustituido por alquinio (APVA) dentro de una matriz de Nafion.
• Utilizando la química azida-alquina para un enlace cruzado eficiente.
• Caracterización de las propiedades de la membrana, incluida la permeabilidad del metanol y la conductividad de los protones.

Principales resultados:

• La nueva membrana de Nafion/SPSU-N3 y APVA cruzada exhibió una permeabilidad al metanol significativamente reducida (1,86 × 10−7 cm2 s−1), una disminución del 88% en comparación con Nafion reconfigurado.
• Se mantuvo una alta selectividad de protones (18,5 × 104 S s cm−3).
• El aumento de la polaridad de la red reticulada y la alta densidad de reticulación contribuyeron a mejorar el rendimiento de la barrera del alcohol.

Conclusiones:

• La membrana hidrofílica desarrollada ofrece propiedades de barrera de alcohol superiores en comparación con el Nafion tradicional.
• Este avance es prometedor para mejorar el rendimiento y la seguridad de las pilas de combustible de alcohol directo.
• El enfoque de la química de clic proporciona una estrategia efectiva para el diseño de membranas avanzadas de intercambio de protones.