Sulfonated poly (vinyl alcohol)-mordenite mixed matrix membranes for direct methanol fuel cells

Abstract

Doğrudan metanol yakıt pillerinde kullanılmak amacıyla polivinilalkol-mordenit (PVAMOR) ve sülfonlu polivinilalkol-mordenit (SPVA-MOR) membranlar sentezlenmiş, karakterize edilmiş ve kıyaslanmıştır. Taramalı elektron mikroskobu analizlerinde membranların içindeki zeolite dağılımın homojen olduğu ve tanecikler arasında boşluklar olmadığı gözlemlenmiştir. SPVA-MOR membranların metanol emiliminin daha düşük olduğu gözlemlenmiş ve buradan yola çıkarak, bu membranların metanol geçirgenliklerininde daha düşük olacağı sonucuna varılmıştır. SPVA-MOR membranlarda su emiliminin de daha düşük olduğu ölçülmüş, buna gerekçe olarak da membrane üzerinde suyun adsorbe olabileceği noktaların sülfonik asit grupları tarafından bloke edilmiş olması düşünülmüştür. Buna ragmen SPVA-MOR membranların proton iletkenliği 0.052 S/cm olarak ölçülmüştür ki bu değer PVA-MOR membranlara göre daha yüksek olup, Nafion ile ulaşılabilen değerin yaklaşık yüzde 51'i civarındadır. Bu sonuçlar bize sülfonlamanın proton iletkenliğini artırdığını göstermektedir. Bu durumun daha baskın proton iletkenlik mekanizmasının Grotthus mekanizması olması dolayısıyla gerçekleştiği düşünülmektedir.

Poly (vinyl alcohol) – mordenite (PVA-MOR) and a sulfonated poly (vinyl alcohol) – mordenite (SPVA-MOR) mixed matrix membranes were synthesized, characterized and compared for prospective direct methanol fuel cell use. SEM images showed a homogeneous distribution with no voids for both membranes. The methanol uptake was lower in the SPVAMOR membrane which indicates lower methanol permeability. The water uptake was also lower in the SPVA-MOR membrane and this was linked to the blocking of the water adsorption sites in the membrane by the sulfonic acid groups. However the proton conductivity was higher for the SPVA-MOR membrane with a value of 0.052 S/cm which is 51 percent of that for Nafion membrane. This indicates that the sulfonation improved the proton conductivity in the SPVA-MOR membrane. The reason for this trend is thought to be relevant to the dominant of proton conductivity mechanism in membrane, which is more likely to be Grotthuss mechanism than the vehicular mechanism. Finally, an IEC value of 0.474 mequiv/g was obtained from the SPVA-MOR membrane which denote a low sulfonation degree in the membrane.