Estudio del efecto de la sulfonación y adición de óxido de grafeno a membranas de PVA para uso en pilas de combustible de metanol directo

Abstract

Las membranas comerciales de Nafion son los electrolitos de referencia en las pilas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEMFC). Sin embargo, su elevado coste y su baja conductividad, cuando la humedad no está controlada, limitan su aplicación a gran escala. En la búsqueda de nuevos materiales, las membranas de alcohol polivinílico (PVA) entrecruzadas con ácido sulfosuccínico (SSA) constituyen una alternativa económicamente viable, si se mejoran sus propiedades de conductividad y su estabilidad mecánica. Con este fin se han preparado, por el método de disolución-vertido, membranas de alcohol polivinílico entrecruzadas con SSA al 15% y 30%. El PVA se modificó previamente por sulfonación, obteniéndose así las membranas (SPVA-82/SSA-18, SPVA-70/SSA-30). También se le incorporó a la matriz polimérica de PVA, óxido de grafeno (GO) al 1% obteniéndose las membranas (PVA-81/GO-1/SSA-18, PVA-69/GO-1/SSA-30). Estas membranas se caracterizaron en una monocelda de pila de combustible y se obtuvieron sus curvas de potencia. Se ha observado que las membranas de alcohol polivinílico entrecruzadas con un 30% SSA y aditivadas con óxido de grafeno presentan mejores resultados que las membranas comerciales. En el punto de máxima potencia (MPP), las membranas podrían ordenarse de la siguiente forma: PVA-69/GO- 1/SSA-30 > SPVA-82/SSA-18 > SPVA-70/SSA-30 > PVA-81/GO-1/SSA-18 > PVA-83/SSA-17. Al analizar la capacidad de intercambio iónico (IEC) se observa que ésta disminuye según el siguiente orden: SPVA-70/SSA-30 > PVA-69/SSA-31 > PVA-69/GO-1/SSA-30 > SPVA-82/SSA-18 > PVA- 81/GO-1/SSA-18 > PVA-83/SSA-17. Los valores obtenidos indican que la sulfonación previa del PVA aumenta la capacidad de intercambio protónico, al aumentar el número de puntos activos en la membrana. Además, la adición de GO, por su singular estructura y su gran área superficial, favorece la formación de canales transportadores de protones, especialmente en las membranas más entrecruzadas y por tanto con mayor estabilidad mecánica. Estos resultados perfilan una metodología de diseño y preparación de nuevos electrolitos con propiedades mejoradas, aplicables a las pilas de combustible de intercambio protónico.