Uhlovodíkové polymerní elektrolyty pro aplikace v palivových článcích

Původní název:

Hydrocarbon Polymer Electrolytes for Fuel Cell Applications

Obsah knihy:

Přímé metanolové palivové články (DMFC) využívající jako palivo kapalný metanol nabízejí atraktivní možnost v přenosných zařízeních díky své jednoduchosti ve struktuře systému (snadné skladování a zásobování), bez nutnosti reformování paliva nebo zvlhčování. Pro dosažení vyšší hustoty výkonu jsou velmi žádoucí membrány, které vykazují vysokou protonovou vodivost a zároveň nízkou propustnost metanolu. Kvůli kompromisním vztahům mezi těmito parametry však bylo dosaženo jen malého pokroku. Také stabilita membrán, zejména hydrolytická a chemická stabilita, je považována za klíčový faktor, který ovlivňuje výkon palivových článků. V poslední době se autoři zabývají návrhem a vývojem nových rodin cenově výhodných, snadno připravitelných protonově vodivých membrán na bázi chemicky zesíťovaných kompozitů PVA-PAMPS (poly(vinylalkohol) a poly(2-akrylamido-2-methyl-1-propansulfonová kyselina)). Autoři nejprve představili nové koncepty sekundárních polymerních řetězců, jako je „binární chemické síťování“ nebo „hydrofobizátor“ a „stabilizátor“.

Autoři také vytvořili novou koncepci semi-interpenetrujících polymerních sítí (semi-IPN) na bázi PVA-PAMPS začleněním variant plastifikátoru R (R = poly(ethylenglykol) (PEG), poly(ethylenglykol) methylether (PEGME), poly(ethylenglykol) dimethyl ether (PEGDE), poly(ethylenglykol) diglycidylether (PEGDCE)) a poly(ethylenglykol)bis(karboxymethyl)ether (PEGBCME) jako třetí složky. Začlenění výše uvedených konceptů podpořilo nejen vysokou protonovou vodivost, flexibilitu s nízkou propustností pro methanol (1/3 - 1/2 membrány Nafion 117), ale také vynikající hydrolytickou a oxidační stabilitu kompozitů PVA-PAMPS. Byla úspěšně vytvořena membránová elektrodová sestava (MEA) vyrobená z kompozitů PVA-PAMPS, která vykazovala podobné napětí naprázdno (OCV) jako Nafion 115 a hustotu výkonu 52 mW cm-2 při 80oC. Pozoruhodným rysem dlouhodobého testu bylo, že po celou dobu provozu delší než 130 hodin při 50oC nebyl pozorován žádný znatelný pokles proudové hustoty a stejně tak i hustoty výkonu. V této knize byl poprvé zaznamenán takto dlouhodobý provoz DMFC, protože kompozit PVA-PAMPS jsou všechny uhlovodíkové membrány tvořené jednoduše alifatickými skelety. Velmi se liší od perfluorosulfonových membrán, jako je Nafion, nebo jiných uváděných membrán s aromatickými skelety.

Proto mají kompozity PVA-PAMPS jedinečnou strukturu ve srovnání s většinou navrhovaných membrán, což naznačuje vhodnost kompozitů PVA-PAMPS pro použití v nízkoteplotních DMFC.