Síntesis de Membranas de Intercambio Protónico a Partir de Mezcla de Poliéster Insaturado y Látex Natural, para su uso en Celdas de Combustible

Abstract

ResumenMembranas de intercambio protónico fueron sintetizadas a partir de la mezcla de poliéster insaturada y látex natural. Esta mezcla fue sometida a procesos de sulfonación, vulcanización dinámica y adición de carga (dióxido de titanio) y se evaluaron las propiedades fisicoquímicas y mecánicas de las membranas preparadas. Se encontró que la membrana vulcanizada y cargada al 5% exhibe el mayor intercambio iónico (0.24 meq/g), debido a que el contenido de dióxido de titanio representa el nivel apropiado de saturación de material inorgánico. Por otra parte, la cercanía de las funcionalidades carboxílicas, producto de la vulcanización, contribuye a que el flujo protónico sea continuo. Adicionalmente, este tipo de membrana presentó una retención de agua de 14.9% y una estabilidad mecánica apropiada, por lo que se considera que las membranas sintetizadas tienen alto potencial en la aplicación en celdas de combustible. Palabras clave: membrana de intercambio protónico, poliéster insaturado, celda de combustible, vulcanización dinámica Synthesis of Proton Exchange Membranes from Blend of Unsaturated Polyester Resin and Natural Latex, for use in Fuel Cells AbstractProton exchange membranes were synthesized from the blend of unsaturated polyester and natural rubber. This mixture was subjected to processes of sulfonation, dynamic vulcanization and addition of inorganic load (titanium dioxide) and physicochemical and mechanical properties of the prepared membranes were evaluated. It was found that the vulcanized and 5% loaded membrane exhibits the highest ion exchange capacity (0.24 meq/g), due to the fact that the content of titanium dioxide is at the appropriate level of inorganic material saturation. Also, the proximity of the carboxylic functionalities, due to the vulcanization process, contributes to the continuous proton flux. Additionally, this type of membrane presented a water uptake of 14.9% and adequate mechanical strength, so it is considered that these membranes have high potential for fuel cell applications.

Síntesis y Caracterización Fisicoquímica de una Membrana Cargada con TiO2 Preparada a Partir de la Sulfonación de un Copolímero de Éster Acrílico y Estireno

“…Para la sulfonación se disolvió inicialmente 10 g del copolímero en 100 ml de agua destilada, seguidamente, la mezcla se agitó hasta que se obtuvo una solución homogénea. Posteriormente, se preparó el agente sulfonante como detallado en investigaciones previas (Realpe et al, 2014;Realpe et al, 2015). Una vez obtenido el agente sulfonante, se agregó lentamente en un balón de fondo plano que contenía la muestra de copolímero en agitación.…”

“…Las membranas cargadas y sulfonadas-cargadas presentan los valores más altos de capacidad iónica, debido al potencial de oxidación fuerte de TiO2, el cual oxida las moléculas de agua asociadas a la misma, dando lugar a la formación de grupos Ti-OH en la superficie de las partículas. Estos grupos OH adicionales promueven la adsorción de agua, lo que conduce a un aumento en la cantidad de agua adsorbida, y también en el número de sitios de intercambio de iones en las membranas de material compuesto, mejorando la capacidad iónica (Shevchenko et al, 2011;Realpe et al, 2014;Realpe et al, 2015). La membrana sulfonada también registró un aumento en la capacidad de intercambio iónico, en comparación con la membrana sin modificar.…”

“…La membrana sulfonada también registró un aumento en la capacidad de intercambio iónico, en comparación con la membrana sin modificar. Realpe et al, 2014;Realpe et al, 2015y Javaid, 2003, han reportado que la capacidad de intercambio iónico de las membranas mejora con el proceso de sulfonación, favoreciéndose con el aumento del tiempo de reacción. Lo anterior se justifica debido a los sitios cargados (-SO3H) que se unen fuertemente al agua adsorbida en la superficie de la membrana.…”

Synthesis of a proton exchange membrane from n-butyl acrylate/styrene modified with Fe2O3 for fuel cells

“…Electricity is obtained through oxidationreduction reactions between air and hydrogen, without emissions of polluting gases and with high efficiency [4]. The reference Nafion® are the most used membranes commercially due their high proton conductivity, and mechanical and chemical stability, but they have disadvantages such as heavy reliance on hydration, reduction of conductivity at temperatures above the ambient and high cost [5]. Studies show that the addition of inorganic filler tends to improve the physicochemical properties of the membrane [5,6].…”

Effects of sulfonation of natural rubber and vinyl acetate-ester acrylic on the physico-chemical properties of proton exchange membranes

“…The commercial electrolyte as Nafion® 117 by Dupont [4] shows chemical stability and strong thermal resistance [5], but it has a high cost [6]. By other side, another type of polymers as Vinyl Acetate -Acrylic Ester, insatured polyester and rubber natural, acrilic esterstyreneme, and SEBS (styreneethylene-butadienestyrene) are studied to syntheze membranes [7][8][9][10][11][12][13] employing sulfonation method and differents type of load.…”