Polimerowe elektrolity węglowodorowe do zastosowań w ogniwach paliwowych

Oryginalny tytuł:

Hydrocarbon Polymer Electrolytes for Fuel Cell Applications

Zawartość książki:

Bezpośrednie metanolowe ogniwa paliwowe (DMFC), wykorzystujące ciekły metanol jako paliwo, stanowią atrakcyjną opcję w urządzeniach przenośnych ze względu na ich prostotę w strukturze systemu (łatwe przechowywanie i dostarczanie), brak potrzeby reformowania paliwa lub nawilżania. Aby uzyskać wyższą gęstość mocy, bardzo pożądane są membrany, które wykazują wysoką przewodność protonową, a jednocześnie niską przepuszczalność metanolu. Osiągnięto jednak tylko niewielki postęp ze względu na relacje kompromisowe między tymi parametrami. Również stabilność membrany, w szczególności stabilność hydrolityczna i chemiczna, jest uznawana za kluczowy czynnik wpływający na wydajność ogniw paliwowych. W ostatnich pracach autorzy pracowali nad projektowaniem i rozwojem nowych rodzin opłacalnych, łatwo przygotowywanych membran przewodzących proton na bazie chemicznie usieciowanych kompozytów PVA-PAMPS (poli(alkohol winylowy) i poli(kwas 2-akryloamido-2-metylo-1-propanosulfonowy)). Autorzy po raz pierwszy wprowadzili nowe koncepcje wtórnych łańcuchów polimerowych, takie jak „binarne sieciowanie chemiczne” lub „hydrofobizator” i efekt „stabilizatora”.

Ponadto autorzy opracowali nową koncepcję półprzenikających sieci polimerowych (semi-IPN) opartych na PVA-PAMPS poprzez włączenie wariantów plastyfikatora R (R = poli(glikol etylenowy) (PEG), eter metylowy poli(glikolu etylenowego) (PEGME), eter dimetylowy poli(glikolu etylenowego) (PEGDE), eter diglicydylowy poli(glikolu etylenowego) (PEGDCE)) i eter bis(karboksymetylowy) poli(glikolu etylenowego) (PEGBCME) jako trzeci składnik. Włączenie powyższych koncepcji promowało nie tylko wysoką przewodność protonową, elastyczność przy niskiej przepuszczalności metanolu (1/3 - 1/2 membrany Nafion 117), ale także doskonałą stabilność hydrolityczną i oksydacyjną kompozytów PVA-PAMPS. Z powodzeniem stworzono zespół elektrod membranowych (MEA) wykonany z kompozytów PVA-PAMPS, który wykazał podobne napięcie obwodu otwartego (OCV) do Nafionu 115 oraz gęstość mocy 52 mW cm-2 w temperaturze 80oC. Uderzającą cechą testu długoterminowego było to, że nie zaobserwowano znaczącego spadku gęstości prądu podczas całego czasu pracy dłuższego niż 130 godzin w temperaturze 50oC, podobnie jak gęstość mocy. Niniejsza książka jest pierwszym doniesieniem o tak długotrwałej pracy DMFC, ponieważ kompozyty PVA-PAMPS są membranami węglowodorowymi wykonanymi po prostu ze szkieletów alifatycznych. Bardzo różnią się one od membran perfluorosulfonowych, takich jak Nafion, lub innych opisanych membran ze szkieletami aromatycznymi.

Dlatego też kompozyty PVA-PAMPS mają unikalną strukturę w porównaniu z większością proponowanych membran, co sugeruje dobrą kandydaturę kompozytów PVA-PAMPS, gdy są one przeznaczone do stosowania w niskotemperaturowych układach DMFC.