The states of methanol within Nafion and sulfonated poly(phenylene ether ether sulfone) membranes

A self-protection phenomenon in the Nafion membrane when it breathes in methanol-saturated air

Ex situ characterizations based on TGA and XRD techniques revealed that MeOH vapor had little influence on the Nafion microstructures. To reveal the underlying mechanism, in this study, we designed new FTIR-based equipment to track in situ the microstructural changes of a bulk Nafion membrane in MeOH-saturated air. First, an interesting MeOH-breathing phenomenon was found in the ionic domains of Nafion. It demonstrated that there existed a dynamic equilibrium between the sorption and desorption processes of MeOH vapor in Nafion. Second, the FTIR results also detected the high stability of the hydrophobic regions of Nafion in MeOH vapor. The super-acid -CF2-SO3H always retained a small quantity of bonded H2O (H(+)(H2O)n) inside the Nafion membrane. MeOH vapor was absorbed first into the hydrophilic regions, however, the interactions between -CF2-SO3H and MeOH vapor were much weaker than those between -CF2-SO3H and H(+)(H2O)n. Therefore, a protective layer composed of residual water formed in the lumen of the hydrophilic ionic domains of Nafion, which protected its hydrophobic regions from the MeOH attack. Hereby, the self-protection ability of Nafion in MeOH vapor was detected for the first time. This work gave a new insight into the complex interplay between Nafion and MeOH vapor.

Membranas de PVA e sílica para aplicação em célula a combustível de alimentação direta de álcool

Membranas de PVA/sílica foram sintetizadas através do processo sol-gel em condições ácidas. Tetraetilortossilicato (TEOS) foi utilizado como precursor em concentrações de 5 a 30% em dois grupos distintos. Um grupo foi utilizado como controle contendo apenas PVA/TEOS. A inserção dos grupamentos necessários para a condutividade ocorreu através da introdução de 12% em massa de heteropoliácido fosfotúngstico hidratado (HPW) em relação à massa de TEOS, formando o segundo grupo. As avaliações quanto ao grau de inchamento, permeabilidade ao etanol e condutividade protônica demonstraram que a membrana contendo 30% em massa de TEOS apresenta os melhores resultados entre as membranas produzidas. Os melhores resultados foram 0,28 mS/cm de condutividade protônica e fluxo de 1,5 kg/m².h de solução de etanol. Nessas condições, considera-se a reticulação das membranas de PVA/SiO2 com o precursor TEOS uma boa alternativa para a reticulação de membranas de PVA visto que as membranas mostraram-se mais seletivas ao fluxo de solução de etanol. Entretanto, para aplicação como eletrólito de célula a combustível, ainda é necessário investigar outras formas de aumentar a condutividade sem prejudicar a estabilidade dimensional.