Transporte de protones en canales hidrofílicos de membranas de Nafion mediante dinámica molecular

HEBER ANDRADA; LUIS REINAUDI; MARÍA CECILIA GIMÉNEZ; ALEJO CARERAS

Santa Rosa

Congreso; XV Taller Regional de Física Estadística y aplicaciones a la Materia Condensada (TREFEMAC); 2017

AFA

La membrana polimérica utilizada como electrolito es un componente clave en las celdas de combustible conmembranas de intercambio protónico (PEMFCs). Una membrana óptima para su utilización en PEMFCs debetener una alta conductividad protónica, además de una baja conductividad electrónica, una baja permeabilidadal combustible, buenas estabilidades qu´ımica y térmica, buenas propiedades mecánicas y un costo relativamentebajo.En este trabajo se estudia la conductividad protónica de membranas de Nafion mediante la simulación computacionaldel transporte de protones en los canales de conducción. Para ello se utilizó el programa LAMMPS [1,2],y se propuso un modelo de canal cil´ındrico de conducción protónica, de 5nm de largo y 2nm de radio, a lo largodel cual se aplica un campo eléctrico. En este canal se conducen los protones interactuando con aproximadamente2000 moléculas de agua y 40 grupos sulfónicos, situados en el interior. El potencial utilizado es un potencialreactivo desarrollado por Mahadevan y Garofalini [3], que permite la ruptura y generación de enlaces qu´ımicos.Se determina la conductividad protónica del Nafion a distintas temperaturas y con diferentes contenidos deagua en el interior del canal. Finalmente se comparan los resultados obtenidos con datos de la literatura.Referencias[1] LAMMPS molecular dynamics simulator. http://lammps.sandia.gov.[2] P.V. Komarov, P.G. Khalatur y A. R. Khokhlov, Large-scale atomistic and quantum-mechanical simulationsof a Nafion membrane: Morphology, proton solvation and charge transport. Beilstein J. Nanotechnol. 2013, 4,567-587.[3] T.S. Mahadevan y S.H. Garofalini, Dissociative water potential for molecular dynamics simulations, J.Phys. Chem. B 2007, 111, 8919-8927