Nghiên cứu cơ chế ghép mạch và sulfo hóa của màng dẫn proton sử dụng trong pin nhiên liệu hydro

Bài viết Nghiên cứu cơ chế ghép mạch và sulfo hóa của màng dẫn proton sử dụng trong pin nhiên liệu hydro trình bày xác định được cơ chế sulfo hóa trong phim polystyrenegrafted poly(ethylene-alt-tetrafluoroethylene (PS-g-ETFE) có ý nghĩa quan trọng trong việc hiểu được sự phân bố nhóm -HSO3 và tính dẫn proton của màng.

Khoa học Tự nhiên /Vật lý DOI: 10.31276/VJST.64(6).07-13 Nghiên cứu chế ghép mạch sulfo hóa màng dẫn proton sử dụng pin nhiên liệu hydro Đinh Trần Trọng Hiếu1, 2, Lâm Hoàng Hảo1, 2, Trần Thanh Danh1, 2, Trần Hoàng Long1, 2, Nguyễn Tiến Cường3, Trần Văn Mẫn1, 2, Trương Thị Hồng Loan1, 2, Trần Duy Tập1, 2* Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Ngày nhận 14/9/2021; ngày chuyển phản biện 20/9/2021; ngày nhận phản biện 18/10/2021; ngày chấp nhận đăng 22/10/2021 Tóm tắt: Poly(ethylene-co-tetrafluoroethylene) (ETFE) ghép poly(styrene sulfonic acid) màng điện giải polymer (ETFE-PEM) tổng hợp ghép mạch khơi mào xạ gamma từ nguồn 60Co thông qua bước: (i) Chiếu xạ, (ii) Ghép polystyrene vào phim ETFE (PS-g-ETFE) (iii) Sulfo hóa (ETFE-PEM) Cơ chế ghép mạch sulfo hóa ETFE-PEM với mức độ ghép 22% sulfo hóa 93% nghiên cứu phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C rắn (solid 13C NMR), phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM) Các kết cho thấy, styrene ghép vào polymer ETFE phản ứng phá vỡ liên kết π gây gốc tự tạo thành chuỗi polystyrene bề mặt pha tinh thể Các styrene vào sau tiếp tục khuếch tán vào sâu màng từ hai mặt chênh lệch gradient nờng đợ Q trình ghép mạch xảy vị trí C-H C-F mạch polymer ETFE nền, vị trí C-F nhiều hơn, phản ứng sulfo hóa để tạo màng dẫn proton xảy vị trí para vịng thơm polystyrene Các phản ứng phụ, sản phẩm thứ cấp trình ghép sulfo hóa khơng tìm thấy phổ 13C NMR, FT-IR thu được, chứng tỏ trình ghép, sulfo hóa kiểm sốt tốt Từ khóa: ETFE, ghép mạch xạ, màng dẫn proton, pin nhiên liệu Chỉ số phân loại: 1.3 Mở đầu Pin nhiên liệu màng trao đổi proton sử dụng hydro thiết bị điện hóa chuyển lượng phản ứng hóa học nhiên liệu hydro điện cực thành lượng điện Cấu tạo nguyên lý hoạt động pin nhiên liệu hydro trình bày hình Pin nhiên liệu cho hiệu suất cao (khoảng 65%) so với thiết bị điện hóa siêu tụ điện, pin sạc [1] nên phù hợp cho ứng dụng nguồn điện đồng phát cung cấp hộ gia đình, tịa nhà, bệnh viện Ngồi ra, pin nhiên liệu hydro cịn sử dụng nguồn cung cấp điện cho phương tiện giao thông vận tải, đặc biệt xe ô tô [2] Một cơng bố tạp chí quốc tế lượng hydro dự đốn đến năm 2035, xe tơ chạy pin nhiên liệu hydro tồn cầu chiếm khoảng 20% tổng số phương tiện giao thông tăng lên đến 60% cao vào năm 2045 [3] Thách thức lớn để ứng dụng rộng rãi pin nhiên liệu hydro nguồn lượng vào đời sống thiết bị phải có giá thành cạnh tranh với tính chất màng dẫn proton (hay màng điện cực polymer - PEM) chẳng hạn tính dẫn proton, độ bền lý, tính thẩm thấu khí thấp, độ bền hóa học độ bền nhiệt cao để pin nhiên liệu hoạt động cách ổn định, lâu dài hiệu Vật liệu thương mại màng dẫn proton Nafion sử dụng phổ biến cho pin nhiên liệu xe [4] Tuy nhiên, Nafion gặp phải số hạn chế tính thẩm thấu khí qua màng cao, hoạt động khoảng nhiệt độ tương Hình Cấu tạo nguyên lý hoạt động pin nhiên liệu hydro đối thấp (80°C, độ ẩm RH