Sulfonated hydrocarbon membranes for medium-temperature and low-humidity proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs)

Park, Chi Hoon; Lee, Young Moo; Guiver, Michael D.

doi:10.1016/j.progpolymsci.2011.06.001

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“…Nanocompósitos de polímeros sulfonados têm sido estudados para fins de uso em células a combustível, sendo mais comum o uso de sílica, zeólitas, titânio e nanotubos de carbono [12] . O uso de nanoargilas é bastante recente neste campo e é necessário estudos mais aprofundados Nanocompósitos de poli(eterimida) sulfonada sobre o efeito da incorporação dessas nanopartículas visando aplicações em células a combustível [13] .…”

Section: -Membranas Híbridas Com Potencial Uso Em Células a Combustívunclassified

Membranas híbridas com potencial uso em células a combustível - parte 1: nanocompósitos de poli(eterimida) sulfonada

et al. 2014

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Resumo: Células a combustível usando membranas poliméricas condutoras de íons representam uma alternativa interessante para substituição de matrizes energéticas convencionais baseadas em combustíveis fósseis e para a geração de energia com mínimo impacto ambiental. Entretanto, as membranas poliméricas atualmente disponíveis apresentam certas propriedades intrínsecas que diminuem a eficiência e a durabilidade sob uso das células construídas, sendo as principais desvantagens o limite de temperatura de uso (devido a necessidade de presença de água para a condução iônica) e suscetibilidade a degradação mecânica, térmica e química. O presente trabalho tem como objetivo a obtenção, caracterização e avaliação do desempenho de membranas poliméricas híbridas baseadas em poli(éter imida) (PEI), um polímero com excelente resistência mecânica e química, e cuja condutividade protônica independe da presença de água, possibilitando o uso a temperaturas mais elevadas. As membranas poliméricas baseadas em poli(éter imida) foram modificadas quimicamente visando o aumento em seu caráter de condutor iônico. A incorporação de um argilomineral com escala nanométrica visou um aumento na resistência mecânica e térmica das membranas obtidas, condições fundamentais para a durabilidade sob uso de células a combustível, além de aumento de propriedades de barreira em relação aos gases de processo. As membranas foram avaliadas por FTIR, DSC, TGA, DMA, densidade, inchamento em água, transmissão de vapor de água e resistência à migração iônica. Os resultados obtidos são promissores, visto que foi possível alterar a propriedade condutora da membrana, sem perdas excessivas na resistência térmica e mecânica. Palavras-chave: Membrana polimérica, nanocompósito polimérico, célula a combustível, eletrólito polimérico. Hybrids Membranes with Potential Use in Fuel Cells -Part 1: Sulphonated Poly (etherimide) NanocompositesAbstract: Fuel Cells based in polymeric membranes are an alternative for the conventional energetic matrices based on fossil fuel and generation of energy with minimum environmental impact. However, polymeric membranes available nowadays for this specific use have some disadvantages, like low efficiency and cell durability. The aim of this work was to prepare and to characterize hybrid polymeric membranes for application as hydrogen fuel cell electrolytes. Membranes based in poly(ether imide) were chemically modified with sulfur groups to increase their ionic conductivity. The incorporation of mineral clay in nanometric scale aims to increase their mechanical and thermal properties. The membranes were evaluated by FTIR, DSC, TGA, DMA, density, hot water uptake, water vapor transmission and ionic migration resistance. The results leaded to a better structure versus properties balance, aiming the high performance of the obtained membranes. Keywords: Polymeric membrane, nanocomposite, fuel cell, polymeric electrolyte. IntroduçãoNos últimos anos, o desenvolvimento de células a combustível tem atraído enorme atenção por parte não somente d...

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Section: -Membranas Híbridas Com Potencial Uso Em Células a Combustívunclassified

Membranas híbridas com potencial uso em células a combustível - parte 1: nanocompósitos de poli(eterimida) sulfonada

et al. 2014

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“…Uma vez que argilominerais possuem moléculas de água que constituem a estrutura cristalina, é interessante avaliar como a presença da argila pode influenciar a condutividade iônica global da membrana e qual o possível mecanismo desenvolvido. Nanocompósitos de polímeros sulfonados têm sido estudados para fins de uso em células a combustível [11,12] . O polímero mais estudado é a poli(éter éter cetona) sulfonada, composta com nanoargilas do tipo montmorilonita, não sendo encontrado na literatura o uso de PC sulfonado com a incorporação de nanopartículas, especialmente a sepiolita.…”

Section: -Membranas Híbridas Com Potencial Uso Em Células a Combustívunclassified

“…A reação de sulfonação de anéis aromáticos substituídos tem problemas em relação à extensão de reação, reversibilidade e quebra de cadeia principal [9][10][11] . Esta dificuldade foi demonstrada pelos resultados obtidos a partir da análise elementar.…”

Section: Sulfonação Do Pcunclassified

Membranas Híbridas com Potencial Uso em Células a Combustível - Parte 2: Nanocompósitos de Poli(Carbonato) Sulfonado

Gomes¹,

Machado²,

Filho³

et al. 2014

Polímeros

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Resumo: Membranas poliméricas condutoras de íons têm sido cada vez mais estudadas para o uso em células a combustível. Entretanto, as membranas poliméricas disponíveis no mercado para este fim apresentam algumas limitações de condições de trabalho. Neste estudo o poli(carbonato) modificado quimicamente para uso como membrana condutora de íons foi caracterizado e teve seu desempenho avaliado. A formação de um nanocompósito baseado em sepiolita visou ao aumento na resistência mecânica e térmica das membranas, propriedades, a princípio, prejudicadas pela sulfonação do material. As membranas foram avaliadas por FTIR, DSC, TGA, DMA, inchamento em água, transmissão de vapor de água e resistência à migração iônica. Os resultados mostraram ser possível atingir um balanço estrutura versus propriedades visando a um elevado desempenho das membranas. Palavras-chave: Membrana polimérica, nanocompósito polimérico, célula a combustível, eletrólito polimérico. Hybrid Membranes of Polymer/Clay for Fuel Cell Applications. Part 2. Sulphonated Poly(Carbonate) NanocompositesAbstract: Ion-conducting polymeric membranes have been studied for use in fuel cells. However, polymeric membranes available in the market show some disadvantages. Here we modified polycarbonate chemically for use as ion-conducting membranes, and investigated its performance. The use of the nanoclay sepiolite aimed at improving the mechanical and thermal resistance, which are negatively affected by polymer sulphonation. The membranes were evaluated using FTIR, DSC, TGA, DMA, water swelling, water vapor uptake and ionic migration resistance. The results indicated it to be possible to reach a tradeoff between structure and properties for obtaining high-performance membranes.

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“…The direct polymerization of sulfonated monomer with other non-sulfonated monomers has produced statistical copolymers with better control of sulfonation content and more defined chain structures. The strategy of direct copolymerization of sulfonated monomers hence enables better control of morphology and of the number of sulfonic acid groups (18,19). The term "ion exchange capacity" (IEC) indicates the exchangeable ions of polymer membranes, which is an indirect measure of the degree of sulfonation.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Sulfonated fluorinated-aromatic polymers as proton exchange membranes

Ghosh¹,

Banerjee

2014

E-Polymers

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Abstract:In recent years, extensive research on the preparation and properties of proton exchange membranes (PEMs) has been realized. This article focusses on the recent studies on new PEM materials based on aromatic hydrocarbon polymers with sulfonated groups as hydrophilic domains and fluorinated groups as hydrophobic domains as alternatives to conventional perfluorinated polymers. It is necessary to improve the proton conductivity especially under low-humidity conditions and at high operating temperatures to break through the current aromatic PEM system. Hence, there is a need to develop new high-conductivity fuel cell ionomers with improved thermal, chemical, and electrochemical stability by designing a suitable polymer structure for PEM application.

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Sulfonated hydrocarbon membranes for medium-temperature and low-humidity proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs)

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Membranas híbridas com potencial uso em células a combustível - parte 1: nanocompósitos de poli(eterimida) sulfonada

Membranas híbridas com potencial uso em células a combustível - parte 1: nanocompósitos de poli(eterimida) sulfonada

Membranas Híbridas com Potencial Uso em Células a Combustível - Parte 2: Nanocompósitos de Poli(Carbonato) Sulfonado

Sulfonated fluorinated-aromatic polymers as proton exchange membranes

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