Caracterización estructural de membranas utilizadas en celdas de combustible de metanol directo

ANDRADA H.; CARRERAS A.; BAJALES LUNA N.; GALVÁN JOSA, V.M.; FERNANDEZ BORDIN S.P.; CASTELLANO, G.E.

Pucón

Congreso; V Congreso Nacional de Nanotecnología 2018; 2018

CONICYT

Las celdas de combustibles poliméricas basadas en membranas de intercambio protónico son dispositivos electroquímicos que convierten la energía de una reacción química directamente en energía eléctrica en forma de corriente continua. Estos dispositivos se han convertido en una prometedora fuente de energía limpia [1]. Una pieza clave en las celdas de combustibles es la membrana usada como electrolito. Para el caso de celdas de combustible de metanol directo, el objetivo principal de la membrana es proporcionar una mejor conductividad con un intercambio reducido de metanol. Tanto el cruce de metanol como la conductividad aumentan en las membranas hidrofílicas 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. El metanol tiene una alta interacción con las cadenas de polímeros y una alta solubilidad en agua, y su penetración se produce fácilmente a través de los canales de agua hidrofílicos dentro de la membrana. Una red de dominios iónicos ampliamente distribuidos e interconectados que, bajo la debida hidratación, da lugar a canales de agua, es esencial para lograr una alta conducción de protones en estas membranas. La conductividad iónica de la membrana se promueve mediante la difusión de protones, transportados por moléculas de agua [2]. 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), utilizando una cámara de control de humedad bajo diferentes condiciones. La morfología y topografía se caracterizaron por SEM y AFM. Para el ajuste de los datos experimentales se utilizó el algoritmo introducido por Schmidt-Rohr [3] que permite modelar las intensidades de scattering como función de q, I (q), mediante el uso de la transformada inversa de Fourier. Se realizaron mapas de densidades de longitud de scattering para cada muestra, por medio de simulaciones Monte Carlo, para ser utilizados como parámetro de entrada en algoritmo. Esto permite correlacionar el modelo de estructura propuesta con las medidas experimentales, refinando las variables del modelo.