In situ modification of Nafion® membranes with phospho-silicate for improved water retention and proton conduction

Kannan, Aravindaraj G.; Choudhury, Namita Roy; Dutta, Naba K.

doi:10.1016/j.memsci.2009.01.048

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“…10B-E), the honey comb-like structure and high porosity of these membranes can provide free volumes to absorb water molecules and thereby increasing the water uptake. The absorbed water can be divided into two groups of bound water and free water [26][27][28]. The absorbed water by the membrane as a proton carrier and proton hopping sites play a key and complex role in the proton transport phenomena.…”

Section: Ion-exchange Capacity and Water Uptakementioning

confidence: 99%

“…In the vehicle mechanism, the proton diffusion across membrane occurs in combination with solvent molecules as proton carriers. Hence, the presence of free volumes and interconnected pore structure is vital to absorb water and the proton transport across proton exchange membrane [26][27][28][29]. Rigidity of polymer backbone, absence of free volume and interconnected pore in the dense membranes confine the diffusion and transport of proton in the proton exchange membrane by the vehicle mechanism.…”

Section: Ion-exchange Capacity and Water Uptakementioning

confidence: 99%

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Preparation, characterization and properties of PVDF-g-PAMPS/PMMA- co -PAMPS/silica nanoparticle as a new proton exchange nanocomposite membrane

Ahmadian‐Alam

Kheirmand

Mahdavi

2016

Chemical Engineering Journal

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Section: Ion-exchange Capacity and Water Uptakementioning

confidence: 99%

Section: Ion-exchange Capacity and Water Uptakementioning

confidence: 99%

Preparation, characterization and properties of PVDF-g-PAMPS/PMMA- co -PAMPS/silica nanoparticle as a new proton exchange nanocomposite membrane

Ahmadian‐Alam

Kheirmand

Mahdavi

2016

Chemical Engineering Journal

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“…One notable approach is the in-situ impregnation (or doping) by means of incorporating functional small molecules such as ionic liquids within the Nafion ionic domains/clusters [6][7][8][9]. Infusion of ionic liquids into Nafion has afforded considerable improvement in ionic conduction.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…Infusion of ionic liquids into Nafion has afforded considerable improvement in ionic conduction. In addition, the occurrence of specific interaction has been identified, i.e., hydrogen and/or ionic bonding between these small molecules and the sulfonate groups of Nafion has helped retaining these functional small molecules during use [8,9].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Incorporation of Hyperbranched Supramolecules into Nafion Ionic Domains via Impregnation and In-Situ Photopolymerization

et al. 2011

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Nafion membranes were impregnated with photocurable supramolecules, viz., hyperbranched polyester having pendant functional carboxylic acid groups (HBPEAc-COOH) by swelling in methanol and subsequently photocured in-situ after drying. Structure-property relationships of the HBPEAc-COOH impregnated Nafion membranes were analyzed on the basis of Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, solid-state nuclear magnetic resonance (SSNMR) and dynamic mechanical analysis (DMA). FTIR and SSNMR investigations revealed that about 7 wt % of HBPEAc-COOH was actually incorporated into the ionic domains of Nafion. The FTIR study suggests possible complexation via inter-species hydrogen bonding between the carboxylic groups of HBPEAc-COOH and the sulfonate groups of Nafion. The α-relaxation peak corresponding to the glass transition temperature of the ionic domains of the neat Nafion-acid form was found to increase from ~100 to ~130 °C upon impregnation with enhanced modulus afforded by the cured polyester network within the ionic domains. The AC impedance fuel cell measurement of the impregnated membrane exhibited an increasing trend of proton conductivity with increasing temperature, which eventually surpassed that of neat Nafion above 100 °C. Of OPEN ACCESSPolymers 2011, 3 2019 particular importance is that the present paper is the first to successfully incorporate polymer molecules/networks into the Nafion ionic domains by means of impregnation with hyperbranched supramolecules followed by in-situ photopolymerization.

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“…As medidas de condutividade de eletrólitos compósitos reportadas variam com relação à orientação da amostra e o intervalo de temperatura medido. As medidas de σ são geralmente realizadas ao longo do comprimento da amostra [44,55,56], enquanto que o transporte protônico em medidas de células a combustível ocorre através da espessura dos filmes. É bem sabido que a microestrutura do Nafion é anisotrópica, e diferentes valores de σ são obtidos nas diferentes direções [57].…”

Section: Eletrólitos Compósitosunclassified

Relação morfologia-propriedades elétricas de eletrólitos compósitos de Nafion para célula a combustível de alta temperatura

Matos¹

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Ao meu amigo N. T. Pham pelo auxílio nas realizações das medidas elétricas.Eu agradeço pelos comentários e contribuições a este trabalho aos membros da banca examinadora: Dr. E. R. Gonzalez, Dr. E. R. Leite, Dr. D. J. Carastan e Dr. R. Muccillo.À Capes e ao IPEN pelo apoio financeiro e recursos utilizados na execução deste trabalho.Eu agradeço aos meus pais e ao meu irmão pelo carinho e dedicação à minha formação; e pelo exemplo que sempre me serviu de base para a realização das minhas conquistas.Eu agradeço carinhosamente duas pessoas especiais: a Drika e o Ber; que me inspiram e me motivam sempre. Relação Morfologia-Propriedades Elétricas de Eletrólitos Compósitos deNafion para Célula a Combustível de Alta Temperatura RESUMO As células a combustível a etanol direto (DEFCs) são consideradas geradores de energia eficientes e de baixo impacto ambiental. O foco deste trabalho é avançar o entendimento sobre eletrólitos compósitos híbridos do tipo Nafion-cerâmica visando o aumento do desempenho das DEFCs operando em T ~ 130 °C. Partículas inorgânicas foram crescidas na matriz polimérica formando os compósitos Nafion-Sílica (NS), Nafion-Fosfato de Zircônio (NZ) e Nafion-Titânia (NT). Este último (NT) serviu como material precursor para a conversão in situ da titânia em nanotubos de titanato de hidrogênio por uma rota hidrotérmica alcalina assistida por micro-ondas (NNTH). A relação microestruturapropriedades elétricas foi estudada por meio de medidas de espectroscopia dielétrica, análise dinâmico-mecânica, calorimetria diferencial exploratória e espalhamento de raios X em baixo ângulo. Estas técnicas contribuíram, por exemplo, para inferir a localização das partículas inorgânicas na estrutura multifásica do Nafion e estabelecer a sua influência nas propriedades gerais dos compósitos. Os resultados indicaram que as interações de repulsão eletrostática de longo alcance entre os grupos sulfônicos do Nafion hidratado provocam a transição conformacional das cadeias principais do estado enovelado para a conformação tipo bastão. Tal transição promove a redução da condutividade protônica e da estabilidade mecânica do Nafion para temperaturas acima da temperatura da relaxação α (T α ~ 110 °C), a qual pode ser deslocada para maiores temperaturas (T > 160 °C) nos compósitos híbridos.A interação das partículas de sílica e de titânia com a fase condutora do Nafion é maximizada, enquanto que as partículas de fosfato de zircônio estão localizadas majoritariamente nos domínios apolares. As interações entre os grupos sulfônicos do Nafion e as partículas de titânia contribuíram para a melhora das propriedades mecânicas em altas temperaturas e para a redução da permeabilidade ao etanol, as quais promoveram o aumento do desempenho da DEFC em altas temperaturas. A baixa permeabilidade ao etanol e as melhores propriedades termomecânicas e de transporte protônico dos compósitos NNTH refletiram em um elevado desempenho das DEFCs a 130 °C, evidenciando que estes eletrólitos compósitos são promissores para a aplicação pretendida. Morpholog...

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In situ modification of Nafion® membranes with phospho-silicate for improved water retention and proton conduction

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