Szénhidrogén-polimer elektrolitok tüzelőanyagcella-alkalmazásokhoz

Eredeti címe:

Hydrocarbon Polymer Electrolytes for Fuel Cell Applications

Könyv tartalma:

A folyékony metanolt üzemanyagként használó közvetlen metanol üzemanyagcellák (DMFC) a hordozható eszközökben vonzó lehetőséget kínálnak, mivel a rendszer felépítése egyszerű (könnyű tárolás és ellátás), nincs szükség az üzemanyag reformálására vagy párásítására. A nagyobb teljesítménysűrűség eléréséhez erősen kívánatosak a nagy protonvezetőképességű, ugyanakkor alacsony metanol-permeabilitású membránok. Azonban csak kevés előrelépés történt, mivel e paraméterek között kompromisszumos viszonyok állnak fenn. A membrán stabilitását, különösen a hidrolitikus és kémiai stabilitást is kulcsfontosságú tényezőnek ismerik el, amely befolyásolja az üzemanyagcella teljesítményét. A szerzők legújabb munkájukban a kémiailag térhálósított PVA-PAMPS (poli(vinil-alkohol) és poli(2-akrilamid-2-metil-1-propánszulfonsav)) kompozitokon alapuló, költséghatékony, könnyen előállítható protonvezető membránok új családjának tervezésével és fejlesztésével foglalkoztak. A szerzők először a másodlagos polimerláncok olyan új fogalmait vezették be, mint a „bináris kémiai térhálósítás” vagy a „hidrofóbizáló” és a „stabilizáló” hatás.

A szerzők a PVA-PAMPS alapú félig áthatoló polimerhálózatok (félig IPN-ek) új koncepcióját is létrehozták az R lágyítószer-változatok (R = poli(etilénglikol) (PEG) beépítésével, poli(etilénglikol)metil-éter (PEGME), poli(etilénglikol)dimetil-éter (PEGDE), poli(etilénglikol)diglicidil-éter (PEGDCE)) és poli(etilénglikol)bisz(karboximetil)éter (PEGBCME) mint harmadik komponens. A fenti koncepciók beépítése nemcsak a magas protonvezetőképességet, a rugalmasságot és az alacsony metanol-permeabilitást (1/3 - 1/2 a Nafion 117 membránhoz képest), hanem a PVA-PAMPS kompozitok kiváló hidrolitikus és oxidatív stabilitását is elősegítette. Sikeresen létrehozták a PVA-PAMPS kompozitokkal gyártott membránelektród-szerelvényt (MEA), amely a Nafion 115-öshöz hasonló nyitott áramköri feszültséget (OCV) és 52 mW cm-2 teljesítménysűrűséget mutatott 80oC-on. A hosszú távú vizsgálat szembetűnő jellemzője volt, hogy az 50oC-on végzett 130 óránál hosszabb teljes üzemidő alatt nem volt megfigyelhető az áramsűrűség érzékelhető csökkenése, ahogyan a teljesítménysűrűség sem. Ez a könyv az első alkalom, hogy a DMFC ilyen hosszú távú működéséről számoltak be, mivel a PVA-PAMPS kompozitok mind egyszerűen alifás vázakból álló szénhidrogén membránok. Nagyon különböznek a perfluorszulfonos membránoktól, mint például a Nafion, vagy más, aromás vázzal rendelkező, bejelentett membránoktól.

Ezért ez a PVA-PAMPS kompozitok egyedi szerkezetet biztosít a legtöbb javasolt membránhoz képest, ami arra utal, hogy a PVA-PAMPS kompozitok alkalmasak az alacsony hőmérsékletű DMFC-kben való felhasználásra.