"Developments of hybrid membranes from sulfonated poly (aryl ether ketones) ketone and phosphonated copolysetsesquioxanes to application in proton exchange membrane fuel cell - PEMFC" / "Desenvolvimento de membranas híbridas a partir de poli(éter-éter-cetona) sulfonada e copolisilsesquioxanos fosfonados para aplicação em célula a combustível com membrana trocadora de prótons - PEMFC"

AUTOR(ES)
FONTE

IBICT - Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia

DATA DE PUBLICAÇÃO

25/07/2011

RESUMO

A atual membrana de referência para as células a combustível com membrana trocadora de prótons (PEMFC) é o Nafion que exibe boa estabilidade química e também alta condutividade de prótons sob condições hidratadas em temperaturas abaixo de 90C. Entretanto, a aplicação destas membranas ainda é limitada devido à perda de condutividade em temperaturas altas e o custo elevado. Dentro deste contexto, novos materiais poliméricos têm sido estudados, como poli(aril cetonas), poli(éter-sulfona) (PES) e polibenzimidazóis (PBI). Entre eles, membranas baseadas na poli(éter-éter-cetona) (PEEK) mostraram ser muito promissoras para aplicação em PEMFC. O objetivo deste estudo foi desenvolver membranas híbridas alternativas que possuam propriedades comparáveis às membranas perfluoradas. Foram estudados neste trabalho a produção e a caracterização de membranas híbridas de poli(éter-éter-cetona) sulfonada e copolisilsesquioxanos fosfonados SPEEK/CF, e sua aplicação em células a combustível de membrana trocadora de prótons. Para este propósito foi utilizado a pós-sulfonação do PEEK com ácido sulfúrico como agente sulfonante em condições reacionais adequadas. A fim de aumentar a condutividade de prótons e estabilidade térmica do polímero, copolisilsesquioxanos fosfonados (CF) foram sintetizados a partir de dietilfosfatoetiltrietóxisilano e feniltrietóxisilano e adicionados à SPEEK. Os CFs foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho, ressonância magnética nuclear de 29Si, 1H e 13C, análise térmica e viscosimetria. Razões mássicas de 10, 20 e 50% de CF foram incorporadas na SPEEK com grau de sulfonação entre 60-70%. A rede semiinterpenetrante de copolisilsesquioxano foi obtida após a hidrólise da membrana híbrida. As membranas também foram caracterizadas quanto ao seu comportamento térmico, capacidade de troca iônica, absorção de água, condutividade de prótons (σ), desempenho eletroquímico na célula a combustível e estabilidade oxidativa. A σ das membranas no estado hidratado em temperatura ambiente foi determinada por espectroscopia de impedância eletroquímica, sendo a maior apresentada pela membrana hidrolisada contendo 20% de CF produzido com 90 mols Ph-TEOS e 10 mols PTES em 96 h de reação. Em relação à SPEEK não modificada, a _ dessa membrana híbrida aumentou cerca de 367%. As membranas hidrolisadas contendo 20% de CF produzido com 80 mols Ph-TEOS e 20 mols PTES por 96 h e aquelas produzidas com 90 mols Ph-TEOS e 10 mols PTES sintetizados em 24 e 96 horas, apresentaram o melhor desempenho na célula a combustível a 60 C.

ASSUNTO(S)

polimeros speek copolisilsesquioxanos membranas híbridas célula a combustível speek copolysilsesquioxanes hybrid membranes fuel cell

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