Síntesis y caracterización de membranas protónicas híbridas para su aplicación en pilas de combustible poliméricas

En la actualidad, se estan realizando grandes esfuerzos en la busqueda y desarrollo de nuevos electrolitos polimericos para pilas de combustible tipo PEM. La membrana polimerica mas utilizada como electrolito es el Nafion, cuyas ventajas son una buena estabilidad termica, es quimicamente inerte y presenta una elevada acidez proporcionada por el grupo acido sulfonico (-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 traves de la membrana, cuando el combustible es metanol. Por estas razones, todas las investigaciones que actualmente se realizan estan encaminadas a sustituir el Nafion por otros polimeros de bajo coste y alta conductividad protonica. Esta Tesis Doctoral se centra en la preparacion de diferentes materiales polimericos protonicos para su eventual utilizacion como electrolitos en pilas de combustible tipo PEM. Para ello y en primer lugar, se eligio como polimero base la polisulfona Udel (PSU) debido a sus buenas propiedades: bajo coste, alta temperatura de transicion vitrea, alta estabilidad termica, alta resistencia quimica, excelentes propiedades mecanicas y alta resistencia frente a la oxidacion. La PSU se modifico mediante una reaccion de sulfonacion, utilizando dos reactivos sulfonantes para obtener polisulfonas sulfonadas (SPSU) con distintos grados de sulfonacion. Estas membranas sulfonadas se caracterizaron estructural, termica y electricamente. A partir de las SPSU obtenidas, se prepararon y se caracterizaron membranas hibridas cargadas con diferentes compuestos inorganicos ( 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 protonica 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 sulfonacion de SPSU. En segundo lugar, se eligieron los polimeros PEEK y PES para formar copolimeros porque presentan alta resistencia mecanica, quimica y termica. Sin embargo, en estado humedo pueden tener una alta absorcion de agua, haciendo que disminuyan las propiedades mecanicas. Estos copolimeros se sintetizaron a partir de los monomeros que forman los polimeros PEEK y PES, y cuyo monomero puente fue la fenolftaleina. Los copolimeros se prepararon con diferentes relaciones molares, variando las cantidades de los monomeros PEEK, PES y manteniendo fija la cantidad de fenolftaleina. Una vez preparados, se modificaron quimicamente mediante una reaccion de sulfonacion para proporcionar conductividad protonica al material. Todas las membranas preparadas se caracterizaron estructural, termica y electricamente. A pesar de que la resistencia mecanica y la conductividad de los copolimeros preparados fueron similares a los del Nafion y de la polisulfona, el rendimiento en la MEA fue inferior.