Síntesis y caracterización de un nuevo polímero conductor basado en biimidazol para pilas de combustible de electrolito polimérico

Abstract

En esta tesis se sintetiza y caracteriza un nuevo polímero basado en el biimidazol, el poli[4-4'(p-fenilen)-2,2'bi-1H-imidazol] (PBII), con el objetivo de evaluar su viabilidad como polímero conductor en membranas de pilas de combustible de alta temperatura. En la memoria del trabajo de tesis se indican los principales puntos desarrollados, así como las conclusiones del estudio: 1. Se detallan las fases de la síntesis y se verifican cada una de ellas mediante las técnicas de resonancia magnética nuclear o espectroscopía de infrarrojos. 2. Se caracteriza el polímero sintetizado mediante la aplicación de las técnicas de análisis elemental, termogravimetría, espectroscopia de infrarrojos, viscosidad intrínseca, cromatografía de exclusión molecular y se mide la conductividad mediante el método de las dos puntas. Los análisis realizados validan las características del PBII para su uso como polímero en membranas conductoras de protones y ponen de manifiesto que el PBII mejora la conductividad presentada por el ABPBI y el PBI, manteniendo una estabilidad térmica similar a dichos polímeros. 3. Se realizan membranas poliméricas basadas en PBII que se caracterizan mediante la técnica de microscopía electrónica de barrido y se utiliza el método de cuatro puntas para la medición de la conductividad. El estudio morfológico de la membrana muestra una superficie homogénea y sin porosidad. Adicionalmente, los resultados obtenidos en la conductividad permiten afirmar que las membranas basadas en PBII presentan un valor de conductividad más elevado que las de ABPBI y PBI. A modo de conclusión final puede decirse que la presente tesis aporta un nuevo polímero conductor, el poli[4-4'(pfenilen)-2,2'bi-1H-imidazol] (PBII), para la realización de membranas poliméricas en pilas de combustible. El PBII presenta mejores características de conductividad que el ABPBI y el PBI, manteniendo propiedades similares en cuanto a estabilidad térmica se refiere. Este trabajo ha permitido validar la potencialidad de los polímeros PBII en aplicaciones que serán cada vez más importantes como son las pilas de combustible de electrolito polímerico de alta temperatura.

This thesis synthesizes and characterizes a novel polymer based on biimidazole, the poly[4-4'(p-phenilen)-2,2'bi-1Himidazole](PBII), with the aim of evaluate its feasibility as conducting polymer in high temperature fuel cell membranes. The main carried out steps can be found in the PhD dissertation and the main conclusions are given in the following: 1. The synthetic pathway is detailed in the thesis and is validated by means of nuclear magnetic resonance or infrared spectroscopy. 2. The synthesized polymer is subsequently characterized by applying the techniques of elemental analysis, thermogravimetric analysis, infrared spectroscopy, intrinsic viscosity, gel permeation chromatography and the conductivity is measured by means of the two point probe method. The analysis validate the PBII characteristics for being used as polymer in proton conducting membranes and point out that the PBII improves the conductivity presented by the ABPBI and the PBI with a similar thermal stability. 3. Polymeric membranes based on PBII are developed and characterized by means of scanning electron microscope. The morphology study shows a homogeneous membrane surface without any porosity. The conductivity is measured by applying the four point probe method. The conductivity results of the PBII membranes are higher than the ones obtained with the ABPBI and PBI membranes. In conclusion this PhD dissertation presents a novel conducting polymer, the poly[4-4'(p-phenilen)-2,2'bi-1H-imidazole](PBII), to be used in the development of proton conducting fuel cell membranes. The PBII shows better conducting characteristics than the ABPBI and the PBI keeping similar thermal stability properties. This work validates the potentiality of the PBII polymers in applications that are becoming more important such as the high temperature polymer electrolite fuel cells.