Caracterización estructural mediante SANS de membranas para celdas de combustible

CASTELLANO, G.; FERNANDEZ BORDÍN, S.P.; V. GALVÁN JOSA; ANDRADA, H.E.

Buenos Aires

Congreso; 2º Congreso Argentino de Técnicas Neutrónicas; 2019

Las celdas de combustibles basadas en membranas poliméricas de intercambio protónico son dispositivos electroquímicos que convierten la energía de una reacción química en energía eléctrica en forma de corriente continua. Estos dispositivos son una prometedora fuente de energía limpia. Una pieza clave en estas celdas es la membrana usada como electrolito. En el caso de celdas de combustible de metanol directo, el objetivo principal de la membrana es proporcionar una eficiente conductividad protónica con un intercambio reducido de metanol. Tanto el cruce de metanol como la conductividad aumentan con el nivel de hidratación de la membrana. Por lo tanto, la mejora de una de estas propiedades tendrá un impacto significativo en la otra. Bajo la debida hidratación, una red de dominios iónicos distribuidos e interconectados da lugar a canales de agua, esenciales para una alta conducción de protones los cuales son transportados por medio de moléculas de agua. Por otro lado, el metanol tiene una alta interacción con las cadenas de polímero y una alta solubilidad en agua, penetrando fácilmente a través de los canales de hidrofílicos dentro de la membrana. El comportamiento estructural de la membrana bajo diferentes condiciones de hidratación es un punto clave en la optimización de las condiciones de operación. La técnica de dispersión de rayos X/neutrones a bajo ángulo (SAXS/SANS) se convierte en una herramienta fundamental para el estudio de estos sistemas, ya que permite la caracterización de tamaño, forma y propiedades de interfase de estructuras en materiales nanoestructurados. En este trabajo se realiza un estudio estructural de las membranas Fumapem F1850 y F14100, producidas por la compañía Fumatech. Se llevaron a cabo mediciones de SANS en el instrumento D11 del Instituto Laue ? Langevin (Grenoble, Francia). Mediante el uso de modelos empíricos se infirió características de las muestra, permitiendo proponer un modelo estructural de la misma. Se obtuvieron mapas de densidades de longitud de scattering mediante simulaciones tipo Monte Carlo. Luego, se obtuvieron las intensiades I(q) como la transformada inversa de Fourier de dichos mapas. Mediante un proceso de refinamiento se correlacionó el modelo de estructura propuesto con las medidas experimentales.