Espaciadores Alquilénicos Largos Promueven el Orden Estructural y el Transporte de Protones en Membranas de...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de Materiales
• Electroquímica
• Ciencia de Polímeros

Sus antecedentes:

• Las pilas de combustible de intercambio de protones (PEFC) de próxima generación exigen membranas de electrolito polimérico (PEM) para operación a alta temperatura (>100 °C) y baja humedad (<40% HR).
• Las PEM actuales enfrentan limitaciones en el rendimiento bajo estas condiciones exigentes, lo que dificulta los avances en las pilas de combustible.

Objetivo del estudio:

• Sintetizar y caracterizar un polímero novedoso que contiene ácido fosfónico, poli-(ácido 8-(p-estiril)-1-octanofosfónico) (soPA).
• Evaluar el rendimiento de las membranas basadas en soPA para aplicaciones de PEFC de alta temperatura y baja humedad.
• Comprender las relaciones estructura-propiedad que rigen la conductividad protónica en soPA.

Principales métodos:

• Síntesis del polímero soPA con grupos de ácido fosfónico en cadenas laterales a través de espaciadores alquilénicos de ocho carbonos.
• Caracterización de la nanoestructura de soPA, incluida la separación de fases y el espaciado de dominios (2,9 nm).
• Medición de la conductividad protónica de las membranas de soPA a temperaturas elevadas (120 °C) y baja humedad relativa (20-40% HR).

Principales resultados:

• soPA formó una nanostructura laminar altamente orientada con distintas fases hidrofóbicas e hidrofílicas.
• A pesar de la menor densidad de grupos ácidos, las membranas de soPA exhibieron conductividades protónicas significativamente más altas que aquellas con espaciadores más cortos (sbPA).
• soPA logró conductividades de 4,4 y 7,5 mS cm^-1 a 120 °C bajo 20% y 40% de HR, respectivamente, superando a sbPA.

Conclusiones:

• El rendimiento mejorado de soPA se atribuye a un ordenamiento morfológico y molecular superior derivado de la nanoseparación de fases.
• La mayor flexibilidad y libertad de movimiento de los grupos de ácido fosfónico debido a los espaciadores alquilénicos más largos facilitan la transferencia eficiente de protones.
• soPA representa un material prometedor para el desarrollo de PEM avanzadas para pilas de combustible de alto rendimiento que operan en condiciones desafiantes.