Development of new high-performance conductive membranes based on polymerized ionic liquids for their use in fuel cells

Abstract

ABSTRACT: This thesis focuses on the development of innovative polymeric membranes for proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) without external humidification using ionic liquids as favorable proton exchange medium. In order to improve the low performance under non-humidified conditions reported for commercial perfluorosulfonic membranes, an impregnation procedure with two different protic ionic liquids was carried out demonstrating the viability of protic ionic liquids as proton carriers under non-humidified conditions. The next step analyzed the design of high performance electrolytes under non-humidified conditions avoiding the use of expensive perfluorinated polymers. For this purpose, membranes based exclusively on polymerized protic ionic liquids were developed. Finally, membranes based on protic plastic crystal and electrospun nanofibers were developed. Overall, this work contributes to the progress of the state of the art of PEMFC and targets to the research of new electrolytes for this technology with improved properties over the most widely used perfluorosulfonic membranes.

RESUMEN: Esta tesis se centra en el desarrollo de membranas poliméricas innovadoras para pilas de combustible de intercambio protónico (PEMFCs) sin humidificación externa empleando líquidos iónicos como un medio favorable de transporte protónico. Con el objetivo de mejorar el bajo rendimiento en condiciones anhidras reportado para las membranas comerciales perfluoradas, se ha realizado una impregnación con dos líquidos iónicos próticos demostrado la viabilidad de estos compuestos como transportadores de protones bajo condiciones no humidificadas. El siguiente paso consistió en el diseño de electrolitos evitando el uso de costosos polímeros perfluorados. Con este objetivo, se sintetizaron membranas basadas exclusivamente en líquidos iónicos próticos polimerizados. Finalmente, se han desarrollado membranas basadas en cristales plásticos próticos y nanofibras poliméricas. Este trabajo contribuye al progreso en el estado del arte de las PEMFCs y en la investigación de nuevos electrolitos para esta tecnología con ventajas significativas frente a las ampliamente usadas membranas perfluoradas.