Revista de Fundamentos de Energías Renovables y Aplicaciones
Acceso abierto

abstracto

Membranas compuestas fosfonadas SBA-15/PSEBS fosfonadas para celdas de combustible de membrana de intercambio de protones de alta temperatura

Dharmalingam Sangeetha

Las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) son < span lang="EN-US" style="font-size:10.0pt">convirtiéndose cada vez más en una fuente de energía atractiva para el futuro debido a su portabilidad, funcionamiento silencioso y alta densidad de potencia. Se han realizado esfuerzos para mejorar su eficiencia, así como para hacer que la tecnología sea asequible. Varios parámetros entran en juego en el contexto de la eficiencia de las pilas de combustible, de los cuales la temperatura de funcionamiento es de suma importancia. Específicamente, la celda de combustible PEM de alta temperatura (HTPEMFC) tiene mayores méritos, como una mayor eficiencia, una mejor tolerancia de los electrodos contra el envenenamiento por monóxido de carbono, una cinética de reacción más rápida y una transferencia de calor efectiva. Dado que las conductividades de protones de las membranas perfluoradas de uso común, como Nafion, dependen en gran medida de la humidificación externa, su temperatura de funcionamiento está limitada a 100 °C. Por lo tanto, uno de los mayores desafíos en PEMFC es fabricar una membrana térmicamente estable que pueda operar a temperaturas superiores a 100 °C en condiciones anhidras.

En el presente trabajo se desarrollan membranas compuestas de SBA-15 fosfonado/Poli(estireno-etileno-butileno-estireno) fosfonado (PSEBS) para electrolitos de celdas de combustible de alta temperatura. Mesoporous Santa Barbara Amorphous (SBA-15) se sintetizó y se injertó con funcionalidad de fosfonato mediante un proceso simple de dos pasos que implica la clorometilación y la posterior fosfonación. El SBA-15 fosfonado (PSBA-15) se caracterizó mediante espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), resonancia magnética nuclear (RMN) 13C de estado sólido, RMN 29Si, RMN 31P para confirmar la modificación exitosa. Las características morfológicas se verificaron mediante difracción de rayos X de ángulo pequeño (XRD), microscopía electrónica de barrido (SEM) y análisis TEM de microscopía electrónica de transmisión. Se eligió poli(estireno-etileno-butileno-estireno) (PSEBS) como polímero base y se injertaron grupos funcionales de ácido fosfónico en el polímero usando el enfoque mencionado anteriormente, donde los grupos clorometilo (-CH2Cl) se unieron a la cadena principal usando Friedel Craft&rsquo. ;s alquilación, seguida de la fosfonación del polímero clorometilado por la reacción de Michaels-Arbuzov que da como resultado PSEBS fosfonado (PPSEBS). La funcionalización se confirmó mediante estudios de espectroscopia RMN y FTIR. Se fabricaron membranas compuestas de PPSEBS/PSBA-15 con diferentes concentraciones de relleno (2, 4, 6 y 8 %) de PSBA-15. Se llevaron a cabo varios estudios, como la absorción de agua, la capacidad de intercambio de iones y la conductividad de protones de las membranas compuestas con respecto a las aplicaciones de pilas de combustible. A partir de los estudios, se encontró que la membrana PPSEBS/PSBA-15 con un 6 % en peso de relleno exhibió una conductividad protónica máxima de 8,62 mS/cm a 140 °C. Finalmente, el ensamblaje de electrodos de membrana (MEA) se fabricó utilizando una membrana compuesta de PPSEBS/PSBA al 6 %, ánodo de platino (Pt), cátodo de platino y se probó en una celda de combustible construida internamenteconfiguración. Se logró una densidad de potencia máxima de 226 mW/cm2 y un voltaje de circuito abierto de 0,89 V a 140 °C en condiciones sin humidificación.