ESTUDIO DE LA DISTRIBUCIÓN ESPACIAL DE AGUA EN MEMBRANAS DE INTERCAMBIO PROTÓNICO COMERCIALES MEDIANTE RMN

ANDRADA, H.; CARRERAS, A.; F. VACA CHAVEZ; ACOSTA, R.

Congreso; VI Encuentro Argentino de Materia Blanda; 2016

Las membranas utilizadas en celdas de combustible de intercambio protónico (PEMFCs) consisten enuna delgada película de polímero. Una de las más utilizadas es la membrana de Nafion® fabricadapor DuPont. El Nafion tiene como base un polímero de polietileno que se modifica sustituyendo átomosde hidrógeno por átomos de flúor (perfluorinización), obteniendo un politetrafluoroetileno o PTFE(Teflón). Finalmente el polímero PTFE se sulfona y en uno de los lados de la cadena se añade un gruposulfónico (SO3-). Otras membranas muy utilizadas en celdas de metanol o etanol directo (DMFC oDEFC) son las de polietercetona sulfonadas (SPEEK), fabricadas por la empresa Fumatech®, queposeen una menor permeabilidad a los alcoholes, excelentes propiedades mecánicas y una buenaestabilidad térmica. Debido a la presencia de SO3- y H+ se forman regiones o ?clusters? hidrofílicosdentro de la estructura de las membranas y esto hace que puedan absorber agua. En estas regioneshidratadas, los protones son atraídos por los grupos sulfónicos y gracias a ello son capaces de moverseo ser transportados. La conducción de protones en las membranas aumenta a medida que seincrementa su contenido de agua.Es bien sabido que la técnica de Resonancia Magnética Nuclear (RMN) es utilizada en vastas áreas deinvestigación como una herramienta extremadamente útil para obtener información detallada sobreel orden molecular, la dinámica y estructura de una diversidad de materiales. En particular, lamedición de tiempos de relajación spín-red (T1) y spín-spín (T2) es un método muy sensitivo que brindainformación sobre la dinámica molecular y, en el caso de las membranas comerciales mencionadas,sobre la interacción que existe entre especies químicas dentro de los canales de conducción. De estamanera es posible correlacionar esta información con los resultados obtenidos de mediciones deconductividad protónica.En general, en materiales porosos el decaimiento de la magnetización nuclear no esmonoexponencial sino que presenta una distribución de valores de T1 y T2. Esto se debe a la relajaciónsuperficial y de volumen (¨bulk¨). Así, de esas distribuciones es posible conocer cómo se distribuye elagua dentro de la membrana.Los experimentos se llevaron a cabo utilizando membranas poliméricas de Nafion 117, Fumatech E-750y P-730 con una humedad relativa del 40 porciento con el fin de estudiar las característicasfisicoquímicas (entornos químicos del agua, especies químicas involucradas, interacción entre lamembrana y el agua, posibles mecanismos de conducción protónica, etc.). Estos estudios sonnovedosos, y de gran utilidad, ya que brindan mucha información sobre la estructura interna de lasmembranas, población de especies químicas y su interacción entre las mismas.