Journal de la science et de la technologie des membranes

Abstrait

Membranes échangeuses d'anions à base de chitosane pour piles à combustible à éthanol direct

Birgit Feketeföldi, Bernd Cermenek, Christina Spirk, Alexander Schenk, Christoph Grimmer, Merit Bodner, Martin Koller, Volker Ribitsch et Viktor Hacker

Une série de nouvelles membranes de chitosane hautement quaternisées et de poly(alcool vinylique) quaternisées réticulées ont été synthétisées avec succès pour être appliquées dans des piles à combustible alcalines directes à l'éthanol. La réticulation a été réalisée en utilisant deux agents de réticulation différents et un processus thermique supplémentaire pour améliorer les propriétés chimiques et thermiques. Des mélanges équivalents de membranes de chitosane et de poly(alcool vinylique) avec divers degrés de réticulation ont été préparés en utilisant différentes quantités de glutaraldéhyde et d'éther diglycidylique d'éthylène glycol comme agents de réticulation. Pour étudier leur applicabilité dans les piles à combustible directes à l'éthanol, les membranes ont été caractérisées en termes de propriétés structurelles, de stabilité chimique, thermique et alcaline, de transport d'ions et de propriétés ioniques en utilisant les méthodes suivantes : spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, spectroscopie de résonance magnétique nucléaire, microscopie électronique à balayage, analyse thermogravimétrique, absorption d'eau par changement de masse, perméabilité à l'éthanol dans la cellule de diffusion, méthode de titrage en retour (capacité d'échange d'ions) et spectroscopie d'impédance électrochimique (conductivité anionique). Malgré le degré élevé de quaternisation des matériaux appliqués et indépendamment de l'épaisseur du film mince des membranes de mélange, les nouveaux produits réticulés ont affiché une stabilité mécanique exceptionnelle. Les membranes à faible réticulation ont présenté les meilleures propriétés de transport et ioniques avec une conductivité anionique élevée de 0,016 S cm-1 et une capacité d'échange ionique élevée de 1,75 meq g-1, tandis que les membranes avec un degré de réticulation plus élevé ont obtenu des résultats supérieurs en termes de perméabilité réduite à l'éthanol de 3,30âÂ�Â�10-7 cm2 s-1 à 60°C. Les membranes de mélange - réticulées chimiquement et thermiquement - offrent une excellente stabilité thermique avec une température de dégradation initiale supérieure à 280°C et une superbe stabilité alcaline dans 1,0 M KOH à 60°C pendant 650 h. Par conséquent, ces membranes composites présentent un potentiel élevé d'application comme électrolytes alcalins dans les piles à combustible.