Electrolitos poliméricos de hidrocarburos para aplicaciones en pilas de combustible

Título original:

Hydrocarbon Polymer Electrolytes for Fuel Cell Applications

Contenido del libro:

Las pilas de combustible de metanol directas (DMFC), que emplean metanol líquido como combustible, ofrecen una opción atractiva en dispositivos portátiles debido a su simplicidad en la estructura del sistema (fácil almacenamiento y suministro), sin necesidad de reformado ni humidificación del combustible. Para obtener una mayor densidad de potencia, las membranas que muestran una alta conductividad protónica y, al mismo tiempo, una baja permeabilidad al metanol son muy deseadas. Sin embargo, sólo se ha avanzado un poco debido a las relaciones de compensación entre estos parámetros. También la estabilidad de la membrana, en particular la estabilidad hidrolítica y química, se considera un factor clave que afecta al rendimiento de las pilas de combustible. En sus trabajos más recientes, los autores han trabajado en el diseño y desarrollo de nuevas familias de membranas conductoras de protones, rentables y de fácil preparación, basadas en compuestos PVA-PAMPS (poli(alcohol vinílico) y poli(ácido 2-acrilamido-2-metil-1-propanosulfónico) reticulados químicamente. En primer lugar, los autores han introducido nuevos conceptos de cadenas poliméricas secundarias, como el «entrecruzamiento químico binario» o «hidrofobizante» y el efecto «estabilizador».

Asimismo, los autores han establecido un nuevo concepto de redes poliméricas semi-interpenetrantes (semiIPNs) basadas en PVA-PAMPS mediante la incorporación de variantes de plastificantes R (R = poli(etilenglicol)(PEG), poli(etilenglicol) metil éter (PEGME), poli(etilenglicol) dimetil éter (PEGDE), poli(etilenglicol) diglicidil éter (PEGDCE)) y poli(etilenglicol)bis(carboximetil)éter (PEGBCME) como terceros componentes. La incorporación de los conceptos anteriores promovió no sólo la alta conductividad protónica, la flexibilidad con baja permeabilidad al metanol (1/3 - 1/2 de la membrana Nafion 117), sino también la excelente estabilidad hidrolítica y oxidativa de los compuestos PVA-PAMPS. El conjunto de electrodos de membrana (MEA) fabricado con compuestos de PVA-PAMPS se ha establecido con éxito, mostrando una tensión de circuito abierto (OCV) similar a la del Nafion 115 y una densidad de potencia de 52 mW cm-2 a 80oC. Una característica sorprendente de la prueba a largo plazo fue que no se observó ningún decaimiento apreciable de la densidad de corriente durante todo el tiempo de funcionamiento superior a 130 horas a 50oC, y lo mismo ocurrió con la densidad de potencia. Es la primera vez que se informa de un funcionamiento a tan largo plazo de una DMFC, ya que los compuestos de PVA-PAMPS son membranas de hidrocarburos formadas simplemente por esqueletos alifáticos. Son muy diferentes de las membranas perfluorosulfónicas, como el Nafion, o de otras membranas con esqueletos aromáticos.

Por lo tanto, esto proporciona a los compuestos de PVA-PAMPS una estructura única en comparación con la mayoría de las membranas propuestas, lo que sugiere la buena candidatura de los compuestos de PVA-PAMPS cuando se destinan a su uso en DMFCs de baja temperatura.