Estudio de las reacciones de reticulación inducidas por rayos gamma en membranas híbridas de bisfenol-A-polisulfona y sílice precipitada

Study of Cross-linking Reactions Induced by Gamma Rays in Hybrid Membranes of Bisphenol-A-Polysulfone and Precipitated Silica

En este trabajo se sulfonó bisfenol-A-polisulfona (PSF) utilizando clorosulfonato de trimetilsililo [(CH3)3SiSO3Cl] como agente sulfonante suave en una solución homogénea de dicloroetano. La reacción de sulfonación se confirmó mediante valoración ácido-base y análisis de espectroscopia FTIR. Las membranas híbridas se obtuvieron fundiendo las soluciones de bisfenol-A-polisulfona sulfonada (SPSF) y sílice precipitada Tixosil® 333 en N-N-dimetilacetamida. La reticulación de las membranas híbridas se obtuvo mediante irradiación, con dosis comprendidas entre 5 y 30 kGy, utilizando rayos gamma procedentes de una fuente de 60Co. La absorción de agua y el hinchamiento de las membranas se estimaron midiendo el cambio de peso entre condiciones secas y húmedas. La conductividad de las membranas en forma ácida se midió con la técnica de impedancia ac utilizando un analizador de respuesta en frecuencia PGSTAT30. Las membranas híbridas reticuladas presentan una conductividad cercana a 10^-1 S.cm^-1 a 100% HR y 80 °C. Las prestaciones electroquímicas, la estabilidad termomecánica y el bajo coste hacen de esta membrana híbrida SPSF reticulada un material atractivo para las pilas de combustible que utilizan una membrana de intercambio protónico.

INTRODUCCIÓN

La tecnología de celdas de combustible (FC) ha demostrado que es posible generar energía de manera eficiente a través de mecanismos de conversión electroquímica, transformando hidrógeno y oxígeno en vapor de agua, libre de contaminantes, generando electricidad y calor. Existen varias tecnologías de celdas de combustible que difieren en la temperatura de operación, en el tipo de combustible y en el electrolito utilizado: Celda de Combustible de Electrolito Polimérico (PEFC), Celda de Combustible de Metanol Directo (DMFC), Celda de Combustible Alcalina (AFC), Celda de Combustible de Ácido (PAFC), Celda de Combustible de Carbonato Fundido (MCFC) y Celda de Combustible de Óxido Sólido (SOFC). Sin embargo, todavía se necesita un desarrollo significativo para hacer que las celdas de combustible sean técnicamente y económicamente competitivas para una amplia gama de aplicaciones[1-3].

La celda de combustible de electrolito polimérico se destaca por su versatilidad en aplicaciones en vehículos motorizados y equipos portátiles[3,4]. La membrana en la PEFC actúa como electrolito en el transporte de protones desde el ánodo hasta el cátodo de la celda, y como barrera para evitar el contacto directo entre los gases reactantes O2 y H2, proporcionando además resistencia mecánica y estabilidad dimensional cuando está hidratada[1,2,5,6]. Las membranas utilizadas actualmente en las celdas de combustible son polímeros basados en ácido perfluorsulfónico (PFSA), como la membrana Nafion®, desarrollada por la empresa Du Pont de Nemours[1,7,8].