Elettroliti polimerici di idrocarburi per le applicazioni delle celle a combustibile

Titolo originale:

Hydrocarbon Polymer Electrolytes for Fuel Cell Applications

Contenuto del libro:

Le celle a combustibile a metanolo diretto (DMFC), che utilizzano il metanolo liquido come combustibile, rappresentano un'opzione interessante per i dispositivi portatili, grazie alla loro semplicità nella struttura del sistema (facile stoccaggio e alimentazione), senza necessità di reforming del combustibile o umidificazione. Per ottenere una maggiore densità di potenza, sono fortemente desiderate le membrane che mostrano un'elevata conduttività protonica e, allo stesso tempo, una bassa permeabilità al metanolo. Tuttavia, sono stati compiuti solo pochi progressi a causa delle relazioni di trade-off tra questi parametri. Anche la stabilità della membrana, in particolare quella idrolitica e chimica, è riconosciuta come un fattore chiave che influisce sulle prestazioni delle celle a combustibile. Nel recente lavoro degli autori, essi hanno lavorato alla progettazione e allo sviluppo di nuove famiglie di membrane conduttrici di protoni, economiche e facilmente preparabili, basate su compositi PVA-PAMPS (poli(alcool vinilico) e poli(acido 2-acrilammido-2-metil-1-propanesulfonico) reticolati chimicamente. Gli autori hanno innanzitutto introdotto nuovi concetti di catene polimeriche secondarie, come la “reticolazione chimica binaria” o “idrofobica” e l'effetto “stabilizzatore”.

Inoltre, gli autori hanno stabilito un nuovo concetto di reti polimeriche semi-interpenetranti (semi-IPN) a base di PVA-PAMPS incorporando varianti di plastificanti R (R = poli(etilenglicole)(PEG), poli(etilenglicole) metil etere (PEGME), poli(etilenglicole) dimetil etere (PEGDE), poli(etilenglicole) diglicidil etere (PEGDCE)) e poli(etilenglicole)bis(carbossimetil)etere (PEGBCME) come terzi componenti. L'incorporazione di questi concetti ha favorito non solo l'elevata conduttività protonica, la flessibilità e la bassa permeabilità al metanolo (1/3 - 1/2 della membrana Nafion 117), ma anche l'eccellente stabilità idrolitica e ossidativa dei compositi PVA-PAMPS. L'assemblaggio di elettrodi a membrana (MEA) fabbricato con compositi PVA-PAMPS è stato realizzato con successo e ha mostrato una tensione a circuito aperto (OCV) simile a quella del Nafion 115 e una densità di potenza di 52 mW cm-2 a 80oC. Una caratteristica sorprendente del test a lungo termine è che non è stato osservato alcun decadimento apprezzabile della densità di corrente durante l'intero periodo di funzionamento superiore a 130 ore a 50oC, così come la densità di potenza. Questo libro è la prima volta che viene riportato un funzionamento a lungo termine della DMFC, poiché i compositi PVA-PAMPS sono membrane di idrocarburi costituite semplicemente da scheletri alifatici. Sono molto diverse dalle membrane perfluorosolfoniche come il Nafion o da altre membrane con scheletro aromatico.

Pertanto, i compositi PVA-PAMPS presentano una struttura unica rispetto alla maggior parte delle membrane proposte, il che suggerisce una buona candidatura dei compositi PVA-PAMPS per l'uso nelle DMFC a bassa temperatura.