Hybrid polymer electrolytes for proton exchange membrane fuel cells: synthesis and applications

摘要

Le celle a combustibile con membrane a scambio protonico (PEMFCs) sono alternative sorgenti di energia che offrono numerosi vantaggi come l’alta efficienza, l’alta densità di potenza e la bassa emissione d’inquinanti. Esse sono impiegate nelle macchine ad idrogeno e nei dispositivi elettronici quali computer e cellulari alimentati con metanolo. La diffusione su larga scala di queste tecnologie punta sullo sviluppo di membrane a scambio protonico di nuova generazione, il cui costo di produzione sia compatibile con un mercato di massa. Tali conduttori protonici devono esibire una buona conducibilità, stabilità chimica e termica.udNel presente lavoro, diverse strategie sono state impiegate per la preparazione di materiali a conduzione protonica a partire dai polimeri termoplastici aromatici: polietereterchetone (PEEK) e polifenilsolfone (PPSU). Di particolare rilevanza è la funzionalizzazione di tali polimeri mediante l’introduzione sulla catena aromatica di gruppi solfonici e gruppi contenenti silicio. Infatti, questo approccio sintetico permette di controllare la microstruttura del polimero, modulando il rapporto tra la fase idrofila e quella idrofoba, da cui dipendono fortemente le prestazioni dell’elettrolita.udDiversi tipi di membrane sono state preparate impiegando: PEEK solfonato (SPEEK) e/o PPSU solfonato, variamente funzionalizzati con gruppi contenenti silicio, al fine di ottenere l’effetto sinergico derivante dalla combinazione di polimeri aventi diverse conducibilità protonica e caratteristiche meccaniche.udI sistemi ibridi sono stati preparati mediante la reazione sol-gel che ha portato alla formazione dei legami covalenti Si-O-Si tra due derivati del PPSU diversamente funzionalizzati. Le membrane blend sono state invece preparate mescolando, durante il processo di casting, derivati del PEEK e/o PPSU. La caratterizzazione dei materiali ha riguardato l’analisi della struttura dei polimeri sintetizzati e delle proprietà chimico-fisiche ed elettrochimiche delle membrane. Risultati molto positivi sono stati ottenuti dai test eseguiti sulle membrane in un prototipo di cella a combustibile operante a metanolo diretto.