Synthesis and proton conductivity of model polymer triazole hybrid electrolytes

Abstract

Polimer elektrolit membran yakıt hücrelerine (PEMFC) olan ilgi kimyasal enerjiyielektirik enerjisine dönüşümleri nedeniyle giderek artmaktadır. Bu bağlamda, yüksekproton iletken alternatif membranların geliştirilmesi oldukça önemlidir. Bu çalışmada,1H?1,2,4-triazol (Tri), değişik matrislerde proton solvent olarak kullanılmıştır.Üzerinde çalışılan bu farklı matrisler alginik asit (AL), polivinilfosfonik asit (PVPA) vepoli-2-akrilamido-2-metil?1-propan sülfonik asit (PAMPSA) olarak seçilmiştir. ALTrix,PVPATrix ve PAMPSATrix elektrolitleri incelenmiştir. Buradaki ?x?, polimer tekrarbirimine karşılık gelen Tri'nin molar oranını ifade etmektedir. Polimer ve Tri arasındakietkileşim FT-IR spektroskopi yardımıyla araştırılmıştır. Maddelerin termal sabitliklerinive homojenliklerini incelemek için termal ağırlık analizi (TGA) ve diferansiyel taramalıkalorimetre (DSC) kullanılmıştır. Proton iletkenliği, Tri içeriğiyle artmaktadır veALTri 1,5, 100 oC sıcaklıkta 10?4 S/cm gibi maksimum bir iletkenlik göstermiştir.PVPATri1.5, 120 oC sıcaklıkta 2,3x10?3 S/cm lik maksimum nemsiz proton iletkenliğigösterirken, nemsiz PAMPSATri2'nin 140 oC deki maksimum proton iletkenliği9,3x10?4 S/cm olarak ölçülmüştür.Anahtar Kelimeler: Alginik asit, 1,2,4-Triazol, polimer elektrolit, nemsiz protoniletkenlik, poli(vinilfosfonik asit), poli(2-akrilamido-2-metil?1-propan sülfonik asit).

Polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC) have attracted remarkableinterest due to conversion of chemical energy into electrical energy. In this context, theproduction of alternative membranes with high proton conductivity is becoming crucial.In this study, 1H-1,2,4-triazole (Tri) was used as a proton solvent in different polymerhost matrices such as alginic acid AL, poly(vinylphosphonic acid), PVPA and poly(2-acrylamido-2-methyl-1-propane sulfonic acid), PAMPSA. ALTrix, PVPATrix andPAMPSATrix electrolytes were investigated where x is the molar ratio of Tri tocorresponding polymer repeat unit. The interaction between polymer and Tri wasstudied via FT-IR spectroscopy. Thermogravimetry analysis (TG) and differentialscanning calorimetry (DSC) were employed to examine the thermal stability andhomogeneity of the materials, respectively. The proton conductivity increases with theTri content and ALTri1.5 exhibited a maximum conductivity of ~ 10-4 S/cm at 100 oC.PVPATri1.5 showed a maximum water-free proton conductivity of 2.3x10-3 S/cm at 120oC and that of PAMPSATri2 was 9.3x10-4 S/cm at 140 oC.Keywords: Alginic acid, 1,2,4-Triazole, polymer electrolyte, anhydrous protonconductivity, poly(vinylphosphonic acid), poly(2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid).