Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Oct 2007)
Membranas híbridas basadas en estireno-metacrilato-sílice y ácido fosfowolfrámico obtenidas por sol-gel para pilas de combustible de intercambio protónico (PEMFC)
Abstract
Contrary to internal combustion engines, proton-exchange membrane fuel cells (PEMFC) used in transportation operate with zero emissions of environmental pollutants. The increase of the operation temperature in PEMFC above 100°C is a great concern for the application of this type of cells in electric vehicles. Hybrid organic-inorganic membranes with nanosized interfaces can combine the main properties of their components to meet this objective. Styrene-methacrylate-silica membranes doped with phosphotungstic acid (PWA) were prepared through acid catalyzed sol-gel process and free-radical copolymerization. Additionally, sulfonation processes of aromatic rings to produce attached SO3H groups were applied to increase the proton conductivity. The effect of sulfonation degree and PWA doping on the membrane properties such as chemical and thermal stability, water uptake, ion exchange capacity, and proton conductivity were investigated. The measurement of conductivity shows a general increase with rising temperatures and with the increasing of SO3H groups density, reaching a maximum value of 3.2 10-3 S/cm at 130ºC and 100%HR.<br><br>Comparadas con los motores de combustión interna, las pilas de combustible de intercambio de protones (PEMFC) son capaces de operar sin emisiones de agentes contaminantes. El aumento de la temperatura de operación de la pila de combustible por encima de 100ºC es uno de los grandes objetivos en este campo ya que facilitaría el desarrollo comercial de los vehículos eléctricos impulsados por pilas de combustible. Las membranas híbridas orgánico-inorgánicas nanoestructuradas combinan las propiedades necesarias para este tipo de aplicación. Se obtuvieron membranas híbridas dopadas con ácido fosfowolfrámico (PWA) por copolimerización radicálica a partir de alquilalcóxidos y monómeros de estireno y metacrilato, y por reacción sol-gel vía catálisis ácida. La conductividad protónica se logra realizando un proceso de sulfonación de anillos aromáticos para producir grupos SO3H unidos al anillo. Se ha estudiado el efecto de la sulfonación y el dopado de las membranas con PWA sobre las propiedades de la membrana, tales como la estabilidad química y térmica, retención de agua, capacidad de intercambio iónico y conductividad protónica. Las medidas de conductividad muestran aumento al aumentar la temperatura y la cantidad de grupos SO3H, hasta valores de 3.2 10-3 S/ cm a 130ºC y 100%HR.
