Jurado:

Dr. Nelio Ariel Ochoa, INFAP (Instituto de Física Aplicada) – Laboratorio de Membranas CONICET – Universidad Nacional de San Luis.

Dr. Roberto Candal – Escuela de Ciencia y Tecnología – UNSAM

Dra. Marta Duarte – Departamento de Ingeniería Química – Univ. Nacional del Sur.

Lugar: Comisión Nacional de Energía Atómica, Edificio Tandar. Aula: J.J. Rossi, Nivel 63

Resumen:
Las celdas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEM) como las alimentadas con metanol directo (DMPEM) utilizan en la actualidad una membrana de Nafión teniendo que afrontar diversas desventajas tales como la disminución de conductividad a temperaturas superiores a 100º C y la alta permeabilidad de metanol. En este trabajo se han caracterizado membranas de PBI (poli2,2’-p-(fenileno)-5,5’-bibenzomidazol) y ABPBI (poli(2,5)-benzoimidazol) preparadas por distintos métodos de casting. El PBI es un polímero comercial, mientras que ha sido sintetizado el ABPBI por dos vías. Se ha estudiado también la membrana comercial entrecruzada de ABPBI (Fumapem A de FumaTech Inc.). Estos polímeros soportan altas temperaturas y si bien son neutros puede doparse con ácido fosfórico y ser capaces de conducir protones.

Se ha determinado el grado de dopado, la sorción de agua y metanol desde la fase vapor como también desde la fase liquida y se determinaron los coeficientes de partición de mezclas, se midió la permeación de metanol sobre todas las membranas dopadas con H₃PO₄ en un amplio rango de temperaturas, pudiendo determinar la difusión de metanol en las membranas. Se determinó también la conductividad eléctrica en función de la temperatura y a distintas humedades relativas. Finalmente se realizaron pruebas de las membranas en una monocelda de combustible alimentaba con hidrógeno utilizando catalizadores soportados en tela de carbón comercial.

Los resultados indican que las membranas de ABPBI muestran una conductividad eléctrica mayor al PBI en todo el intervalo de temperatura e incluso a altas humedades relativas, sin embargo la membrana de ABPBI comercial necesita un mayor grado de dopado para alcanzar la misma conductividad que las preparadas en el laboratorio. Se determinaron las constantes de disociación de las moléculas de H₃PO₄ fijas al ABPBI y el efecto del número de moléculas de H₃PO₄ por unidad repetitiva de polímero en el mecanismo de conductividad protónica de las membranas preparadas por distintos métodos de casting.

Las membranas dopadas de ABPBI sorben mayor cantidad de agua que las de PBI y Nafion. Los resultados muestran que las membranas de PBI y ABPBI son menos permeables a metanol que el Nafión y el coeficiente de difusión a 30 ºC sigue la misma tendencia.

De las medidas realizadas en una monocelda de combustible alimentada con hidrógeno se determinó que la potencia máxima alcanzada con una membrana de ABPBI es de 119 mW·cm^-2, lo cuál es un valor muy superior al obtenido con una membrana de PBI (45 mW·cm^-2) y se asemeja al desempeño de celda con una membrana de Nafion® (125 mW·cm^-2) a temperatura ambiente.

Los resultados permiten concluir que los polímeros de la familia de los polibenzoimidazoles presentan propiedades aptas para ser utilizadas en celdas de combustible de alta temperatura como también en celdas de combustible alimentadas con metanol directo.