Optimalizace sítě iontových kanálků v perfluorosulfonovaných membránách pomocí snadné metody obětního porogenu

Abstract

Pomocí sulfonovaného polystyrenu (SPS) jakožto obětního porogenu byla modifikována morfologie perflurosulfonovaných membrán co se týká velikosti kanálků, zdánlivé porozity a tortuozity. Polymerní prekurzory byly připravovány metodou solution casting komerčně dostupného roztoku Nafionu spolu s SPS. Bobtnáním SPS (ve vodě) byl SPS z membrány odstraněn, což vedlo ke vzniku větších nanometrických iontových kanálků a klastrů, a tedy k otevřenější struktuře membrány v plně hydratovaném stavu. Pod prahovou hodnotou 30% SPS byla zachována vysoká permselektivita a porogen vyvolal především zvýšení zdánlivé porozity a konektivity sítě (kanálků a klastrů), což mělo za následek zvýšení hydraulické permeability, koeficientu potenciálu proudění a membránové vodivosti. Vyšší obsah porogenu vedl ke zvýšení charakteristických rozměrů hydrofilních domén (kanálků a klastrů), jak bylo vyhodnoceno na základě metody SAXS/WAXS, a ke zvýšení membránové vodivosti až na 300% původní hodnoty při pouze malém poklesu permselektivity ve zředěných roztocích LiCl. Tyto výsledky potvrzují, že došlo k účinné modifikaci nanoskopické sítě iontových kanálků a jasně ukazují, že SPS lze efektivně použít k přesnému nastavení matrice membrán na bázi PTFE pro dosažení transportních vlastností „šitých na míru“ pro specifické elektrochemické aplikace.