SÍNTESIS DE MEMBRANAS NANOCOMPUESTAS DE INTERCAMBIO PROTÓNICO A BASE DE POLÍMERO POLIÉTER-ÉTER CETONA SULFONADO (SPEEK), PARA SU APLICACIÓN EN SISTEMAS DE COMPRESIÓN ELECTROQUÍMICA DE HIDRÓGENO

Un Compresor Electroquímico de Hidrogeno (CEH) es una extrapolación del concepto de celda de combustible, ya que su principio de operación es similar al de una Celda de Combustible de Membrana de Intercambio Protónico (CCMIP), pero a diferencia de esta, en el compresor solo se alimenta H2 en el compartimento anódico, donde es oxidado. Mientras que en el cátodo este es reducido nuevamente, resultando en un aumento de presión constante. Este hidrógeno presurizado tiene un límite de compresión, dictaminado principalmente por el balance de las propiedades de la MIP En los sistemas donde se hace uso de una MIP, también se les puede llamar sistemas con Tecnología de MIP, en donde habitualmente, la membrana de Nafion® (DuPont) basada en ácido perflourosulfonico, es la más usada debido a su excelente conductividad protónica y su buena estabilidad química. Sin embargo, también se encuentran otro tipo de membranas como la poliéter-éter cetona sulfonado (SPEEK, por sus siglas en inglés), que ofrece buena estabilidad térmica, conductividad protónica equiparables a Nafion® o incluso superiores, baja permeabilidad debido a que sus canales son más estrechos y mayor estabilidad mecánica. Sin embargo, regularmente el polímero puede llegar a disolverse con el aumento del grado de sulfonación y la temperatura de trabajo, por lo que comúnmente se trabaja con membranas SPEEK sulfonado en un rango de 50-65 %, lo que hace que el polímero posea una baja conductividad protónica. Para la mejora de las propiedades de las membranas es posible modificarlas mediante mezclas físicas o químicas de polímero con otros compuestos, ya sea orgánicos o inorgánicos. Por ejemplo, los nanotubos de haloisita (HNT, por sus siglas en Ingles) mejoran considerablemente las propiedades mecánicas del polímero. Por otro lado, una propiedad igualmente importante es la velocidad de transporte de H+ que está directamente relacionada con la conductividad protónica, si bien los nanotubos de haloisita ayudan a mejorar las propiedades mecánicas de la membrana, no mejoran la conductividad protónica; por lo que el uso de heteropoliácidos como el ácido fosfotúngstico, mejora considerablemente la conductividad protónica. En este sentido, esta investigación presenta los resultados de la síntesis de nuevas membranas de intercambio protónico mediante la modificación de la matriz polimérica (SPEEK) con HNT impregnados con PWA. 4 En la primera etapa del proyecto fue elegido el mejor grado de sulfonación (GS) del polímero en función de la resistencia mecánica. Posteriormente, fueron sintetizadas tres membranas SPEEK sulfonado al 70. La primera membrana fue elaborada a base de solo polímero (S70); la segunda membrana consistió en una mezcla de polímero S70 con nanotubos de haloisita comerciales (S70/HNT15) y finalmente, la tercer membrana contiene S70 y HNT impregnada con ácido fosfotúngstico (S70/ (0.3PWA + 0.7HNT)15). Estas membranas sintetizadas fueron caracterizadas fisicoquímicamente para obtener propiedades como la capacidad de retención de agua, de transporte iónico y permeabilidad al hidrógeno, mostrando que la mejor membrana es S70/ (0.3PWA + 0.7HNT)15 debido a su alta conductividad protónica y bajo coeficiente de permeabilidad al hidrógeno. Después, las membranas fueron evaluadas en plataforma CCMIP con el fin de dar un acondicionamiento para su posterior evaluación en un sistema de compresión, en donde la membrana nanocompuestas mostró un mejor rendimiento debido a las propiedades que le confiere los inorgánicos agregados.