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Diseño y optimización de celdas de medida de conductividad de electrolitos poliméricos para pilas de combustible

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2018-10
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2018-10-15
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Las pilas de combustible se presentan como una alternativa sólida al uso los combustibles fósiles dados su menor impacto ambiental y su gran diversidad de aplicaciones. Entre las diferentes pilas de combustible comercializadas actualmente, destacan las pilas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEMFC) por su sencillez y su alto rendimiento. Las PEMFC se caracterizan por emplear una membrana polimérica como electrolito. La membrana comercial más utilizada para este uso es el Nafion®, sin embargo, su coste es elevado y su rendimiento decae por encima de los 80 ˚C. Por estos motivos, hay actualmente abiertas varias líneas de investigación sobre síntesis de polímeros de características similares al Nafion®, que tengan una mayor eficiencia a altas temperaturas y un coste de producción más bajo. Un grupo de membranas que se propone en este trabajo está compuesto por copolímeros multibloque basados en polisulfonas sulfonadas (SPES). En este proyecto se llevaron a cabo dos objetivos principales. Por un lado, para medir la conductividad iónica de las membranas protónicas, se emplearon tres celdas diferentes. Dos de estas celdas fueron diseñadas y fabricadas durante el desarrollo de este proyecto con la finalidad de obtener una celda con unas características óptimas. Dentro de las características requeridas se destaca la necesidad de que la celda presente una larga vida útil, un diseño que permita que la membrana se encuentre hidratada y que no interfiera en la determinación de las propiedades eléctricas de las membranas. Por otro lado, se hizo un estudio comparativo de la conductividad iónica de una membrana de Nafion® 112 y de una membrana no comercial de SPES (compuesta de polisulfona Udel® y Radel®) con dichas celdas en un rango de frecuencias entre 10-1 y 106 Hz a diferentes temperaturas y diferentes niveles de humedad relativa (HR) con el fin de determinar si la membrana SPES sintetizada constituye una buena alternativa al Nafion® en aplicaciones de pilas de combustible. Ambas membranas fueron caracterizadas con éxito y fue posible obtener medidas de conductividad con las tres celdas utilizadas. Los resultados más fiables y representativos se obtuvieron con la celda III, siendo 3,03⸱10-5 S/cm y 6,22⸱10-6 S/cm los valores de conductividad, medidos a 80ºC, 70% HR y 103 Hz, que se obtuvieron para las membranas de Nafion y SPES respectivamente.
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Keywords
Pilas de combustible de membrana de intercambio protónico, PEMFC, Membranas poliméricas de intercambio protónico, Conductividad iónica, Polisulfona, Nafion
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