Propiedades térmicas de membranas de Nafion® en agua y mezclas de agua-metanol

NORES PONDAL, FEDERICO J.; BUERA, M. DEL PILAR; CORTI, HORACIO R.

Buenos Aires

Jornada; II Jornadas Iberoamericanas de Pilas de Combustible e Hidrógeno; 2006

Grupo de Celdas de Combustible, Fisicoquímica de Fluídos, Gerencia de Aplicaciones e Investigaciones No Nucleares, Comisión Nacional de Energía Atómica

PROPIEDADES TÉRMICAS DE MEMBRANAS DE NAFION® EN AGUA Y MEZCLAS DE AGUA-METANOL Federico J. Nores-Pondal1,2, Pilar Buera2,3 y Horacio R. Corti1,2 1Unidad de actividad Química, Centro Atómico Constituyentes, Comisión Nacional de Energía Atómica; Av. Gral. Paz 1499 (1650) S. Martín, Buenos Aires, Argentina. 2Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, Argentina 3Departamento de Industrias, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Av. Cantilo s/n, Ciudad Universitaria, (1428) Buenos Aires, Argentina. e-mail: nores@cnea.gov.ar, hrcorti@cnea.gov.ar Palabras clave: Nafion®, celdas de combustible DMPEM, temperatura de transición vítrea, calorimetría diferencial de barrido (DSC), agua, metanol, congelamiento. El Nafion®, es un ionómero perfluorsulfonado que posee alta estabilidad química, mecánica y térmica, debido a su cadena central de politetrafluoretileno (PTFE) con cadenas laterales perfluoro-alkiletersulfonadas. Se utiliza principalmente como membrana de intercambio protónico (PEM) en celdas de combustible y para la producción de clorina y soda cáustica. La caracterización detallada de la membrana de Nafion es esencial para el desarrollo de sus aplicaciones tecnológicas. En este trabajo se estudió por medio de la técnica de calorimetría diferencial de barrido (DSC), el comportamiento a bajas temperaturas de membranas de Nafion® 117 con diferentes contenidos de agua y equilibradas en mezclas de metanol-agua de distintas concentraciones. Las curvas de DSC muestran una transición pequeña a temperaturas menores a –100oC, asociada al pico g reportado en estudios mecánico-dinámicos. Al aumentar la humedad relativa a la que las muestras fueron expuestas, esta transición se corre a menores temperaturas, indicando que el agua tiene un efecto ligeramente plastificante en la membrana de Nafion®. Las relajaciones térmicas observadas concuerdan con las relajaciones mecánicas reportadas previamente. A partir del área del pico de fusión del hielo se determinó la cantidad de agua congelable, la cual se incrementó de 1 a 23 % cuando la humedad relativa aumenta de 84 a 100 %. La presencia de metanol en la membrana incrementa la cantidad de agua congelable hasta un 65 %.    El congelamiento del agua en las membranas que contienen metanol-agua, tiene lugar en temperaturas en el rango de –10 a –20 oC, lo cual es relevante para la operación de celdas de combustible de metanol directo (DMFC) en ambientes de baja temperatura. La cantidad de agua que congela podría ser un criterio al momento de elegir la membrana para estas celdas, más allá de las características de permeación al metanol.