Membrana de intercambio de protones alternativa basada en un sistema de nanocelulosa aniónica bicomponente

Como partes integrales de las pilas de combustible, las membranas de electrolito polimérico (PEM) facilitan la conversión de la energía química del hidrógeno en electricidad y agua. Desafortunadamente, las PEM comerciales están asociadas con altos costos, durabilidad limitada, rendimiento electroquímico variable y se basan en polímeros perfluorados que persisten en el medio ambiente. Las PEM basadas en nanocelulosa han surgido como opciones alternativas dada su renovabilidad, estabilidad térmica y mecánica, bajo costo y alta hidrofobicidad. Estas PEM aprovechan la naturaleza aniónica de la mayoría de las nanocelulosa, así como su fácil modificación con grupos funcionales conductores, por ejemplo, para dotarlas de conductividad iónica y electrónica. En este trabajo, incorporamos por primera vez dos tipos de nanocelulosa, oxidada por TEMPO y sulfonada, para producir una PEM completamente bio-basada y estudiamos su contribución por separado y cuando se mezclan en una matriz de PEM. Se demuestra que las PEM basadas en nanocelulosa sulfonada tienen un rendimiento similar al de membranas comerciales y bio-basadas, demostrando una buena estabilidad térmica-oxidativa (hasta 190 °C), robustez mecánica (módulo de Young de hasta 1.15 GPa y módulos de almacenamiento >13 GPa), y alta capacidad de absorción de humedad (aprox. 6330 % después de 48 h). Las membranas de nanocelulosa introducidas se presentan como materiales prometedores para aplicaciones de materiales de intercambio de protones, como se requiere en las pilas de combustible.