| Summary: | Η συγκεκριμένη διατριβή ειδίκευσης αποτελεί μια προσπάθεια συγκριτικής μελέτης νέων πολυμερικών ηλεκτρολυτικών μεμβρανών για στοιχεία καύσιμου υψηλής θερμοκρασίας, με το PBI (πολυβενζιμιδαζόλιο).
Αρχικά πραγματοποιήθηκε μια φασματοσκοπική και ηλεκτροχημική μελέτη των μεμβρανών. Πιο συγκεκριμένα μελετήθηκαν η μεμβράνη ADVENT TPS® και τα μίγματα SFSX-PBIY (σουλφονωμένο δεκαφλουοροδιφαινύλιο με εξαφλουοροισοπροπυλενό- διφαινολη - πολυβενζιμιδαζόλιο) εμποτισμένα με πυκνό διάλυμα φωσφορικού οξέος 85%. Η ηλεκτροχημική μελέτη αφορούσε τη μέτρηση της ιοντικής αγωγιμότητας συναρτήσει του βαθμού εμποτισμού, ενώ η φασματοσκοπική μελέτη πραγματοποιήθηκε με τη χρήση δονητικής φασματοσκοπίας FT-IR και FT-Raman επίσης συναρτήσει του βαθμού εμποτισμού, κάνοντας έτσι δυνατή τη συσχέτιση των δονητικών φασμάτων με την ιοντική αγωγιμότητα.
Με τη φασματοσκοπία FT-Raman μελετήθηκε το φαινόμενο της πρωτονίωσης των μεμβρανών με το φωσφορικό οξύ. Η συσχέτιση του βαθμού εμποτισμού με τις σχετικές εντάσεις συγκεκριμένων κορυφών (1589 cm-1 και 1632 cm-1 για το TPS και 1593 cm-1 και 1570 cm-1 για τα μίγματα SFSX-PBIY) δίνει την δυνατότητα υπολογισμού των μορίων φωσφορικού οξέος που απαιτούνται για να πρωτονιώσουν έναν πυριδινικό δακτύλιο στην πρώτη περίπτωση και δυο ιμιδαζολικούς δακτυλίους στην δεύτερη.
Το δεύτερο μέρος της μελέτης αφορούσε την εξέταση του φαινομένου αποβολής του εμποτίζοντος μέσου από την μεμβράνη, γεγονός που αποτελεί το κυριότερο πρόβλημα μη εμπορικής διαθεσιμότητας κυψελίδων καυσίμου αγωγής πρωτονίων μέσω ηλεκτρολυτικής πολυμερικής μεμβράνης υψηλών θερμοκρασιών.
Μέσω φασματοσκοπίας FT-Raman παρακολουθούμε τη διαδικασία της πλήρους πρωτονίωσης των μεμβρανών που είναι προαπαιτούμενο για τον περαιτέρω εμποτισμό τους. Στη συνέχεια ακολουθεί η διαδικασία σταθεροποίησης τους υπό θέρμανση και υπό θέρμανση και πίεση ταυτόχρονα σε διαφορετικές θερμοκρασίες, που μας επιτρέπει να υπολογίσουμε τα μόρια του εμποτίζοντος μέσου που συγκρατεί τελικά η μεμβράνη και την ποιοτική τους κατάσταση στο τέλος της διαδικασίας. === Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) have gained international attention as candidates for alternative automobile and stationary power sources. The electrolyte is a polymeric membrane. Poly(benzimidazole), PBI, has been widely studied with various strong acids and bases as a promising electrolyte for high temperature PEM fuel cells but it seems that the doping agent is leaching out with time, something that causes problems in their operation. For these reasons have been developed novel polymeric membranes that can be used as electrolytes at HT-PEMFCs. Two promising membranes are the ADVENT TPS® that contains pyridine units and alternative PBI polymer blends with partially fluorinated polyether ionomer (SFS).
In this work our efforts were primarily concentrated to the examination via FT-IR and FT-Raman of the structural characteristics of the membranes and via the four probe interruption method to the examination of their electrochemical properties. The emphasis was given to the correlation of the spectroscopic evidence of acid interactions with the doping level attained and the ionic conductivity obtained.
Then, we were concentrated to the examination via FT-Raman of the leaching out of the doping agent from the membranes that were protonated /doped by high concentrated phosphoric acid in different doping levels and in different temperatures. The influence of the doping temperature and the effect of the heating, under pressure or without, to the decisive leaching out of an acid-doped PBI membrane were investigated. Both novel membranes seem to bond phosphoric acid better than PBI.
|
|---|
