Preparación y caracterización de materiales compuestos de matriz polimérica para placas biopolares en pilas de combustible

• Autores: J. Carratalá Abril, L. Rey Martínez, R. Beneito Ruiz, B. Galindo Gatiana, F. Martí
• Localización: Revista de plásticos modernos: Ciencia y tecnología de polímeros, ISSN 0034-8708, Nº. 656, 2011, págs. 262-267
• Idioma: español
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• Resumen
  • español

    El objetivo del presente trabajo ha sido la preparación y caracterización de materiales compuestos de matriz polimérica y carga conductora de naturaleza carbonosa para su empleo como placas bipolares en pilas de combustible tipo PEM. Para la preparación de tales materiales se ha partido de dos sistemas poliméricos de naturaleza termoplástica; PP (Polipropileno) y PVDF (Fluoruro de polivinilideno) combinados en distintas proporciones con grafito (80-60%), nanotubos de carbón (CNT) (4.10%) o una mezcla de ambos.

    Se han conseguido desarrollar materiales compuestos con conductividades de 13.5 S/cm y resistencias mecánicas a la flexión y compresión de 14 y 19 MPa respectivamente. Se ha observado que la adición de cargas carbonosas mejora drásticamente las propiedades conductoras de los materiales pero a costa de empeorar las propiedades mecánicas. Los materiales' desarrollados con PVDF tienen mejores prestaciones eléctricas que aquellos preparados con PP para un mismo contenido de carga conductora gracias a que consiguen una dispersión de ésta más eficiente. La obtención de las curvas de percolación de nanotubos de carbón para ambos polimeros ha demostrado que son necesarias concentraciones de CNT superiores al 7% en peso para obtener unefecto apreciable en las propiedades eléctricas y que la adición de concentraciones altas no resulta ventajosa a efectos de propiedades mecánicas y procesabilidad del material. Se ha probado que la adición de pequeñas concentraciones de CNT a materiales compuestos con carga de grafito mejora sustancialmente las propiedades eléctricas de éstos por la presencia de efectos sinérgicos.

  • English

    Composite materials for bipolar plates in polymer electrolyte fue1 cells have been prepared and characterized using PP (Polypropilene) and PVDF (polyvinylidene fluoride) as binders and a syntheticgraphite (SG) and carbon nanotubes (CNT) as conductive fillers. It's been shown that the increase of the percentage of graphite from 60 to 80 wt.% and carbon nanotubes content from 4 to 10 wt.% improve electrical performance of composite rnaterials but decrease mechanical properties (flexural/compression strength). Composite materials with electrical conductivity up to 13.5 S/cm and 14 and 19 MPa of flexura1 and compression strengths have been performed. It's been shown that PVDF allows better dispersion of conductive fillers than PP in the polymer matrix resulting in a higher electrical conductivity and similar mechanical properties in composites. Percolation curves of PP and PVDF have shown that is necessary a minimum contentlpercentage of CNT (7 wt.%) to obtain a remarkable effect in the electrical conductivity of composites (percolation threshold). The results confirm that the additio of CNT in graphite-composites leads to a significant improvement on the electrical performance of the materials (synergistic effects).