Resumen de Síntesis y caracterización de membranas protónicas híbridas para su aplicación en pilas de combustible poliméricas
Ana Mª Martos Gómez
En la actualidad, se están realizando grandes esfuerzos en la búsqueda y desarrollo de nuevos electrolitos poliméricos para pilas de combustible tipo PEM. La membrana polimérica más utilizada como electrolito es el Nafion, cuyas ventajas son una buena estabilidad térmica, es químicamente inerte y presenta una elevada acidez proporcionada por el grupo ácido sulfónico (-CF?SO?H). Las desventajas que presenta este material son una baja conductividad a temperaturas superiores a 100 °C, alto coste, baja conductividad a bajo grado de humedad, escasa durabilidad, problemas de crossover o paso de combustible a través de la membrana, cuando el combustible es metanol. Por estas razones, todas las investigaciones que actualmente se realizan están encaminadas a sustituir el Nafion por otros polímeros de bajo coste y alta conductividad protónica. Esta Tesis Doctoral se centra en la preparación de diferentes materiales poliméricos protónicos para su eventual utilización como electrolitos en pilas de combustible tipo PEM. Para ello y en primer lugar, se eligió como polímero base la polisulfona Udel (PSU) debido a sus buenas propiedades: bajo coste, alta temperatura de transición vítrea, alta estabilidad térmica, alta resistencia química, excelentes propiedades mecánicas y alta resistencia frente a la oxidación. La PSU se modificó mediante una reacción de sulfonación, utilizando dos reactivos sulfonantes para obtener polisulfonas sulfonadas (SPSU) con distintos grados de sulfonación. Estas membranas sulfonadas se caracterizaron estructural, térmica y eléctricamente. A partir de las SPSU obtenidas, se prepararon y se caracterizaron membranas híbridas cargadas con diferentes compuestos inorgánicos ( Zn?Al ? Mo?O??, (NH?)?Mo?O??, [Zn???Al?(OH)?](NO?)?.?0,8H?O (x=0.33), y H?PMo??O??). Las distintas cargas provocan comportamientos similares. En general, al aumentar la cantidad de carga la conductividad protónica aumenta ligeramente. La membrana con mejores propiedades tanto en conductividad como en durabilidad en el test de la pila de combustible fue la membrana cargada con un 5 % de Zn?Al ? Mo?O?? y con mayor grado de sulfonación de SPSU. En segundo lugar, se eligieron los polímeros PEEK y PES para formar copolímeros porque presentan alta resistencia mecánica, química y térmica. Sin embargo, en estado húmedo pueden tener una alta absorción de agua, haciendo que disminuyan las propiedades mecánicas. Estos copolímeros se sintetizaron a partir de los monómeros que forman los polímeros PEEK y PES, y cuyo monómero puente fue la fenolftaleína. Los copolímeros se prepararon con diferentes relaciones molares, variando las cantidades de los monómeros PEEK, PES y manteniendo fija la cantidad de fenolftaleína. Una vez preparados, se modificaron químicamente mediante una reacción de sulfonación para proporcionar conductividad protónica al material. Todas las membranas preparadas se caracterizaron estructural, térmica y eléctricamente. A pesar de que la resistencia mecánica y la conductividad de los copolímeros preparados fueron similares a los del Nafion y de la polisulfona, el rendimiento en la MEA fue inferior.
