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Jul 01, 2023

Melhor desempenho da membrana nanocomposta desenvolvida em poli sulfonado (1, 4

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 8238 (2023) Citar este artigo 438 Acessos 1 Detalhes da Altmetric Metrics Células a combustível de membrana de troca de prótons (PEMFC) têm recebido muito interesse e uso

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 8238 (2023) Citar este artigo

438 Acessos

1 Altmétrico

Detalhes das métricas

Células a combustível de membrana de troca de prótons (PEMFC) têm recebido muito interesse e usam estruturas metal-orgânicas (MOF)/membranas de nanocompósitos de polímero. Zeólito imidazol framework-90 (ZIF-90) foi empregado como uma adição na matriz sulfonada de poli (1, 4-fenileno éter-éter-sulfona) (SPEES) para investigar a condutividade de prótons em uma nova membrana nanocomposta feita de SPEES / ZIF. A alta porosidade, superfície livre e presença do grupo aldeído na nanoestrutura ZIF-90 têm um impacto substancial no aumento das capacidades mecânicas, químicas, térmicas e de condutividade de prótons das membranas nanocompostas SPEES/ZIF-90. Os resultados indicam que a utilização de membranas nanocompostas SPEES/ZIF-90 com 3% em peso de ZIF-90 resultou em maior condutividade de prótons de até 160 mS/cm a 90 °C e 98% de umidade relativa (UR). Esta é uma melhoria significativa em comparação com a membrana SPEES que exibiu uma condutividade de prótons de 55 mS/cm nas mesmas condições, indicando um aumento de 1,9 vezes no desempenho. Além disso, a membrana SPEES/ZIF-90/3 exibiu uma melhoria notável de 79% na densidade de potência máxima, atingindo um valor de 0,52 W/cm2 a 0,5 V e 98% de UR, que é 79% superior ao da membrana SPEES pura. .

O impacto adverso da utilização generalizada de combustíveis fósseis no ambiente, especificamente no que diz respeito às alterações climáticas, resultou em esforços significativos para identificar e implementar alternativas viáveis ​​e sustentáveis. Como resultado, há um foco crescente na exploração e utilização de fontes de energia renováveis ​​ecológicas, incluindo o hidrogénio. Um dos sistemas de produção de energia que utiliza combustível de hidrogênio são as células a combustível1. Os pesquisadores se interessaram pela célula a combustível com membrana de troca de prótons (PEMFC) como uma tecnologia de energia verde entre várias células a combustível, devido às suas características e benefícios distintos. Essas vantagens incluem alta velocidade de inicialização, eficiência e densidade de corrente, juntamente com baixa temperatura operacional e operação livre de emissões2. Na verdade, uma das partes mais essenciais dos PEMFCs é a membrana de troca de prótons, que determina diretamente se a célula a combustível funciona com sucesso ou não. Portanto, preparar uma membrana adequada para aplicação e acelerar o processo de comercialização em PEMFC tem sido um dos principais objetivos de muitos pesquisadores3. Vários polímeros não fluorados, como poli (éter éter cetona) sulfonado 4, poli (éter cetona de ftalazinona) 5,6, álcool polivinílico 7 e poli éter sulfona sulfonado 8,9,10, foram recentemente investigados como alternativas para Nafion comercial. Foi identificada uma nova família de polímeros de coordenação conhecida como estruturas metal-orgânicas (MOFs), composta por aglomerados metálicos ligados a ligantes orgânicos que possuem uma estrutura cristalina tridimensional . Os MOFs têm diversas aplicações como armazenamento, separação e catálise e também são utilizados como transportadores biológicos na medicina . Entre as diversas aplicações, um grande número de MOFs mostrou bom potencial para condução de prótons e íons . Os MOFs possuem alta condutividade de prótons devido ao seu design altamente flexível, superfície livre e alta porosidade . O ZIF pertence à grande família de MOFs e é feito conectando um íon metálico divalente (geralmente Zn2+) a quatro ligantes aniônicos imidazol. Possui características como área superficial muito elevada, grande estabilidade térmica e química e estrutura flexível e controlável20,21. A presença do anel imidazol, segundo o grupo Zhang22, aumentou a condutividade protônica.

Portanto, as membranas nanocompostas, que são uma combinação de MOFs e polímeros, são uma das perspectivas brilhantes no PEMFC11; porque as boas propriedades dos MOFs incorporados no polímero levam à produção de novas membranas nanocompostas. Numerosos relatórios sobre a produção de novas membranas nanocompósitas que combinam polímero e vários MOFs, como ZIF-823,24,25,26, UIO-6627,28, HKUST-129, CPO-27-Mg30, MIL -53-Al30, MIL -101 (Cr)31,32 e MOF-80833 foram executados.