Nafion/sulfonated poly(indene) polyelectrolyte membranes for fuel cell application

Membranas polielectrolíticas de nafión/polietileno sulfonado para pilas de combustible

Se mezcló poli(indeno) sulfonado (SPInd), con 35% y 45% de grado de sulfonación, con Nafion para preparar membranas mezcladas con 10, 15 y 20 % en peso de SPInd. Las membranas se evaluaron mediante espectroscopia de infrarrojos, análisis termogravimétrico, calorimetría diferencial de barrido, microscopia electrónica de barrido y difracción de rayos X. Se midieron la absorción de agua (WU), la capacidad de intercambio iónico (IEC) y la conductividad protónica a través del plano. Las membranas presentaban una estabilidad térmica similar a la del Nafion. El WU fue ligeramente superior en las membranas de Nafion/SPInd (19-21% a RT y 40-44% a 90 °C) en comparación con el Nafion refundido (16% y 34%, respectivamente), y los valores de IEC mostraron una tendencia similar. 

Las membranas de Nafion mezclado presentaron una conductividad protónica aumentada de 2,41 x 10^-2 y 2,37 x 10^-2 Scm-1 (20 % en peso de SPInd 35% y 45%, respectivamente), en comparación con 1,16 x 10-2 Scm^-1 para el Nafion refundido. Los resultados muestran que la adición de SPInd al Nafion es una vía potencial para mejorar el rendimiento del Nafion en conductividad protónica para su uso en dispositivos de pilas de combustible.

INTRODUCCIÓN

La tecnología de celdas de combustible ha surgido en los últimos años como piedra angular para el suministro futuro de energía. Específicamente, las celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFCs), con alta eficiencia y densidad de potencia, son muy adecuadas para una variedad de aplicaciones, incluyendo la generación de energía residencial, transporte (principalmente en la industria automotriz) y electrónica portátil. Vehículos propulsados por hidrógeno que utilizan Celdas de Combustible de Electrolito Polimérico (PEMFCs) han sido demostrados por varios fabricantes de automóviles, y autobuses propulsados por hidrógeno están en servicio en varias ciudades. Básicamente, una PEMFC convierte electroquímicamente hidrógeno y oxígeno en energía eléctrica, calor y agua. 

En las PEMFCs, la membrana de intercambio de protones (PEM) conduce protones desde el ánodo hasta el cátodo, actúa como barrera para el combustible y separa los electrodos. Aunque las PEMFCs ofrecen varias ventajas, incluida la posibilidad de usar combustibles renovables y tener un impacto ambiental mínimo, también hay varios inconvenientes clave con las PEMs actuales que dificultan la eficiencia de la celda de combustible. Estos inconvenientes incluyen baja conductividad de protones a temperaturas más altas, gestión deficiente del agua y alto cruce de combustible.