اثر افزودن پلی یورتان و نانوذرات سیلیکا بر خواص رسانندگی غشای پلی اتر سولفون سولفون دارشده

در سال های اخیر با توجه به کاهش منابع انرژی در دسترس، پیشرفت های شایان توجهی در زمینه مطالعه پیل های سوختی و به ویژه سلول های دارای متانول به عنوان منابع تامین انرژی حاصل شده است. غشای الکترولیتی از اجزای مهم سلول های سوختی به شمار می آید که نقش انتقال پروتون و به دام انداختن متانول را ایفا می کند. غشای الکترولیتی باید پایداری شیمیایی و الکتروشیمیایی و نیز مقاومت مکانیکی زیادی را در شرایط عملیاتی داشته باشد. همچنین، رسانندگی پروتون زیاد برای عملکرد بهتر غشای پیل سوختی لازم است.

در این پژوهش، غشاهای جدید نانوکامپوزیتی به عنوان الکترولیت برای کاربرد در سلول های سوختی تهیه شدند. بدین منظور، دو نوع غشا شامل پلی اترسولفون سولفون دارشده (SPES) و آمیخته آن با پلی یورتان (PU) به عنوان غشاهای پایه انتخاب شدند. ابتدا، پلی اتر سولفون با استفاده از سولفونیک اسید، سولفون دار و با PU و(SPES/PU) آمیخته شد. سپس، نانوذرات سیلیکا با درصد های وزنی متفاوت (3، 5 و %8 وزنی) به غشای آمیخته ای (SPES/PU/SiO2) اضافه شدند. خواص غشاهای  تهیه شده با آزمون های طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، پراش پرتو X، گرماوزن سنجی، جذب آب و متانول، اندازه گیری رسانندگی پروتون و میکروسکوپی الکترونی پویشی بررسی شد

نتایج توزیع مناسب PU را در غشاهای تهیه شده نشان داد که دلیل آن تشکیل پیوندهای هیدروژنی میان گروه های قطبی SPES و PU بوده است. از این رو، رسانندگی غشاهای آمیخته ای با سازوکار افزایش قطبیت نسبت به نمونه های خالص بدون افزایش شدید در جذب آب و متانول، %74 افزایش یافت. همچنین، افزودن نانوذرات سیلیکا به غشای آمیخته ای SEPS/PU و تهیه غشای نانوکامپوزیتی SPES/PU/SiO2، موجب تشکیل پیوند کووالانسی میان این ذرات با گروه های سولفونیک اسید در SPES، پیوند هیدروژنی با گروه های قطبی در SPES و PU و نیز چسبندگی بیشتر میان فازها شد. در نتیجه، شکل شناسی غشای نانوکامپوزیتی با سازوکار کاهش حفره ها و فضاهای خالی اصلاح شد. در نهایت، رسانندگی غشای نانوکامپوزیتی نسبت به نمونه خالص SPES فقط با 11 و %8 افزایش به ترتیب در جذب آب و متانول، %53.13 افزایش یافت.