Sulfonation and Characterization of Styrene-Indene Copolymers for the Development of Proton Conducting Polymer Membranes

Sulfonación y Caracterización de Copolímeros de Estireno-Indeno para el Desarrollo de Membranas Poliméricas Conductoras de Protones

El objetivo de este trabajo es obtener precursores poliméricos basados en copolímeros de estireno con distintos grados de sulfonación, como material alternativo para membranas de pilas de combustible. Se utilizó acetil sulfato para llevar a cabo la sulfonación y se evaluó el rendimiento del polielectrolito en función del contenido de grupos polares ácidos incorporados en la cadena macromolecular. Se produjeron películas poliméricas mezclando el copolímero de estireno-indeno sulfonado con poli(fluoruro de vinilideno). El grado de sulfonación del polímero se vio fuertemente afectado por los parámetros de la reacción de sulfonación, con un impacto directo en la capacidad de intercambio iónico y la conductividad iónica de los polímeros sulfonados y las membranas obtenidas a partir de ellos. Las películas producidas con las mezclas mostraron propiedades mecánicas más adecuadas, aunque la conductividad de las membranas seguía siendo inferior a la de las membranas disponibles comercialmente y utilizadas en pilas de combustible.

INTRODUCCIÓN

Las membranas de electrolito polimérico conductoras de protones, también conocidas como membranas de intercambio de protones (PEM), han recibido gran atención debido a su aplicación en una variedad de tecnologías basadas en electroquímica, como baterías, supercondensadores, ventanas electrocrómicas, pantallas o sensores, y celdas de combustible[1-3]. El desarrollo de las celdas de combustible (FC), en particular, ha sido objeto de muchos estudios en las últimas décadas, en parte debido a preocupaciones ambientales relacionadas con fuentes de energía tradicionales[4,5].

Las celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) están bien establecidas desde principios de la década de 1960, utilizándose con éxito como fuentes de energía eléctrica para naves espaciales. Más recientemente, se está haciendo un esfuerzo para expandir su aplicación a productos en masa, como vehículos eléctricos y dispositivos portátiles[6], aumentando el interés en materiales utilizados como electrolitos para FC, es decir, membranas de intercambio iónico permselectivas, como Nafion®. 

Los materiales poliméricos pueden comportarse como electrolitos dependiendo de sus características de conductividad iónica, las cuales pueden ser manipuladas mediante la funcionalización, es decir, la unión de grupos ionizables (por ejemplo, sulfónicos) a la cadena polimérica orgánica.