Журнал мембранных наук и технологий

Абстрактный

Анионообменные мембраны на основе хитозана для прямых топливных элементов на этаноле

Биргит Фекетефёлди, Бернд Черменек, Кристина Спирк, Александр Шенк, Кристоф Гриммер, Мерит Боднер, Мартин Коллер, Фолькер Рибич и Виктор Хакер

Серия новых сшитых высококватернизированных хитозана и кватернизированных поливинилалкогольных мембран была успешно синтезирована для применения в щелочных прямых топливных элементах на этаноле. Сшивание было достигнуто с использованием двух различных сшивающих агентов и дополнительного термического процесса для улучшения как химических, так и термических свойств. Эквивалентные смеси хитозана и поливинилалкогольных мембран с различной степенью сшивания были приготовлены с использованием различных количеств глутаральдегида и диглицидилового эфира этиленгликоля в качестве сшивающих агентов. Для исследования их применимости в прямых этанольных топливных элементах мембраны были охарактеризованы с точки зрения их структурных свойств, химической, термической и щелочной стабильности, ионного транспорта и ионных свойств с использованием следующих методов: инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье, спектроскопия ядерного магнитного резонанса, сканирующая электронная микроскопия, термогравиметрический анализ, поглощение воды путем изменения массы, проницаемость этанола в диффузионной ячейке, метод обратного титрования (ионообменная емкость) и электрохимическая импедансная спектроскопия (анионная проводимость). Несмотря на высокую степень кватернизации применяемых материалов и независимо от толщины тонкой пленки смесевых мембран, новые сшитые продукты продемонстрировали выдающуюся механическую стабильность. Мембраны с более низкой степенью сшивки продемонстрировали наилучшие транспортные и ионные свойства с высокой анионной проводимостью 0,016 S см-1 и высокой ионообменной емкостью 1,75 мэкв г-1, тогда как мембраны с более высокой степенью сшивки показали наилучшие результаты с точки зрения сниженной проницаемости этанола 3,30âÂ�Â�10-7 см2 с-1 при 60°C. Смесевые мембраны - химически и термически сшитые - обеспечивают превосходную термическую стабильность с температурой начала деградации выше 280°C и превосходную щелочную стабильность в 1,0 M KOH при 60°C в течение 650 ч. Таким образом, эти композитные мембраны демонстрируют высокий потенциал для применения в качестве щелочных электролитов в топливных элементах.