Membrana a scambio anionico PiperION®, 60 micron, autoportante

I fogli di membrana a scambio anionico autoportanti di Versogen, dello spessore di 60 micrometri, sono attualmente disponibili nelle dimensioni 5x5 cm, 10x10 cm e 20x20 cm.

Le membrane AEM autoportanti PiperION® sono realizzate esclusivamente con resina di poli(arilpiperidinio) funzionalizzata e non presentano alcun rinforzo meccanico.

Il fatto che l’intera membrana sia realizzata al 100% in resina conferisce a questa categoria di membrane una conduttività ionica superiore rispetto alle controparti AEM PiperION® rinforzate meccanicamente.

In termini di robustezza meccanica, le AEM PiperION® rinforzate meccanicamente offrono prestazioni superiori rispetto alle controparti AEM PiperION® autoportanti.

Le AEM PiperION® sono realizzate con il polimero poli(arilpiperidinio) funzionalizzato.

Di seguito è riportata la struttura chimica generale della resina di poli(arilpiperidinio).

Vantaggi delle membrane AEM PiperION® autoportanti: - Non rinforzate e con elevata conduttività anionica - Eccellente stabilità chimica in ambienti caustici e acidi (intervallo di pH compreso tra 1 e 14) - Membrane ultrasottili con prestazioni eccellenti per varie celle a combustibile alcaline, elettrolizzatori alcalini, celle a combustibile ad ammoniaca diretta e altre tecnologie elettrochimiche correlate Proprietà di alcune AEM PiperION® autoportanti esemplificative (*): Spessore (micrometri) Resistenza alla trazione (MPa) Modulo di Young Allungamento a rottura (%) IEC (meq/g) Conduttività (mS/cm, OH⁻, 80 °C) 20 >30 >30 >20 ~2,35 ~150 80 >50 >50 >100 ~2,35 ~150 *Alcune delle proprietà importanti delle membrane PiperION® riportate nella tabella sono fornite solo a titolo di riferimento ed esempio.

I valori relativi alla membrana di 60 micrometri di spessore non sono attualmente resi noti, sebbene si collochino tra i valori relativi alle membrane da 20 e 80 micrometri.

Protocollo di pretrattamento: le membrane PiperION® vengono spedite nella forma non idrossidica (più specificatamente nella forma bicarbonato) ed è necessario seguire il protocollo di pretrattamento corretto per convertirle nella forma anionica desiderata.

Per applicazioni standard con celle a combustibile alcaline o di elettrolisi: lasciare la membrana a temperatura ambiente per 1 ora senza foglio di copertura prima dell’uso.

Per le applicazioni con celle a combustibile a membrana a scambio di idrossido o di elettrolisi a scambio di idrossido, o qualsiasi altra applicazione che richieda il trasferimento di ioni idrossido attraverso la membrana, la membrana deve essere convertita dalla forma bicarbonato alla forma OH- per ottenere una conduttività ottimale.

Per convertire la membrana in forma OH⁻, immergerla in una soluzione acquosa di NaOH o KOH 0,5 M per 1 ora a temperatura ambiente.

Dopo 1 ora, sostituire la soluzione con NaOH o KOH fresco a 0,5 M e lasciare la membrana in ammollo per un’altra ora a temperatura ambiente.

Dopo i due tempi di immersione, sciacquare la membrana con acqua deionizzata (pH ~ 7).

Ridurre al minimo l’esposizione all’aria ambiente, poiché la CO₂ può rientrare nella membrana, causandone il ritorno alla forma di bicarbonato.

La reazione tra CO₂ e ioni idrossido è puramente chimica e avverrà prontamente se la forma OH⁻ della membrana viene esposta a un ambiente contenente CO₂ (come l’aria ambiente, ecc.).

Questa conversione può essere completamente eliminata semplicemente effettuando la conversione e il test in un ambiente di camera asciutta privo di CO₂.

Per la riduzione elettrochimica di CO₂ o CO o nelle applicazioni di elettrolisi della CO₂: lasciare riposare la membrana a temperatura ambiente per 1 ora senza foglio di copertura prima dell’uso.

La membrana PiperION® viene spedita nella forma bicarbonato.

Se nel proprio setup si utilizzano elettroliti a base di bicarbonato, non è necessario pretrattare la membrana, che può essere utilizzata così com’è.

Se si lavora con elettroliti carbonati, la membrana PiperION® deve essere convertita in forma carbonata.

Per ottenere questo risultato, è sufficiente immergere la membrana in una soluzione acquosa di carbonato di sodio o carbonato di potassio 0,1 - 0,5 M per 12 ore a temperatura ambiente.

Successivamente, sostituire la soluzione con una nuova soluzione di carbonato di sodio o di potassio a 0,1 - 0,5 M e lasciare la membrana in ammollo per altre 12 ore a temperatura ambiente.

Dopo due o tre immersioni, sciacquare la membrana con acqua deionizzata (pH ~ 7).

Se, invece di elettroliti a base di bicarbonato o carbonato, si utilizzano elettroliti alcalini puri di tipo KOH o NaOH negli esperimenti di riduzione della CO₂, è sufficiente seguire il protocollo “Per applicazioni standard con celle a combustibile alcaline / elettrolisi” per convertire la membrana alla forma OH⁻.

Per altre applicazioni elettrochimiche (elettrodialisi, desalinizzazione, elettro-elettrodialisi, elettrodialisi inversa, recupero di acido, separazione dei sali, ecc.) e non elettrochimiche: lasciare riposare la membrana a temperatura ambiente per 1 ora senza foglio di copertura prima dell’uso.

Prima di montare la membrana nel dispositivo o nell’impianto elettrochimico, la membrana deve essere convertita nella forma anionica pertinente all’applicazione prevista.

Ad esempio, se l’applicazione richiede il trasferimento degli anioni Cl- attraverso la membrana, allora questa membrana a scambio anionico deve essere convertita nella forma Cl-.

Per convertire questa membrana nella forma Cl-, è necessario immergerla in una soluzione salina da 0,1 a 0,5 M di NaCl o KCl (sciolta in acqua deionizzata) per un periodo compreso tra 12 e 24 ore e poi risciacquarla con acqua deionizzata per rimuovere il sale in eccesso dalla superficie della membrana.

Oppure, se l’applicazione prevista richiede il trasferimento di anioni solfato attraverso la membrana, allora PiperION® AEM deve essere convertita nella forma solfato prima del suo assemblaggio nella cella.

Una soluzione salina neutra da 0,1 a 0,5 M di Na₂SO₄ o K₂SO₄ è solitamente sufficiente per ottenere la conversione completa della membrana nella forma solfato dopo averla immersa completamente nella soluzione salina per 12-24 ore a temperatura ambiente.

Si consiglia sempre di ripetere il processo di immersione 2-3 volte per ottenere una conversione vicina al 100% e quindi risciacquarla con abbondante acqua deionizzata.

In caso di dubbi relativi alla conservazione, alla stabilità chimica, al pretrattamento o prima di procedere, non esitate a contattarci per ulteriori informazioni.

Letteratura scientifica sui vari impieghi delle membrane Versogen e dei prodotti in dispersione: L’articolo di Wang et al. intitolato “Membrane in poli(arilpiperidinio) e ionomeri per celle a combustibile a membrana a scambio di idrossidi” è considerato un’ottima fonte che descrive la chimica dei polimeri e il funzionamento delle celle a combustibile delle membrane PiperION® con reagenti quali idrogeno e aria priva di CO₂ a una temperatura di 95 °°C.

Questo articolo esamina inoltre gli aspetti relativi alla conduttività ionica, alla stabilità chimica, alla robustezza meccanica, alla separazione dei gas e alla solubilità selettiva delle AEM a base di poli(arilpiperidinio).

L’articolo di Wang et al. intitolato “Celle a combustibile a membrana a scambio di idrossido ad alte prestazioni attraverso l’ottimizzazione dell’umidità relativa, contropressione e selezione del catalizzatore" è considerato un'ottima fonte che descrive la chimica dei polimeri e il funzionamento delle celle a combustibile delle membrane PiperION® in presenza di diversi parametri operativi, al fine di eliminare i problemi di allagamento dell’anodo e di essiccamento del catodo per ottenere una gestione equilibrata dell’acqua.

Grazie a un’ulteriore ottimizzazione del catalizzatore, è stata raggiunta una densità di potenza di picco di 1,89 W/cm² in H₂/O₂ e di 1,31 W/cm² in H₂/aria.

L’articolo di Luo et al. intitolato “Structure-Transport Relationships of Poly(arilpiperidinio) a scambio anionico: effetto degli anioni e dell’idratazione" è considerato un’ottima fonte che descrive il trasferimento di diversi anioni attraverso le AEM prodotte con resina di poli(arilpiperidinio). La struttura, l’idratazione o l’assorbimento d’acqua in funzione del controanione, la separazione di fase in relazione alla morfologia del polimero, la conduttività anionica in funzione del contenuto d’acqua (vapore o liquido) e il raggio degli anioni sono alcuni degli altri aspetti discussi in questa pubblicazione.

L’articolo di Zhao et al. intitolato “Una cella a combustibile ad ammoniaca diretta ed efficiente per un trasporto a emissioni zero a costi accessibili” è considerato un’ottima fonte che descrive l’aspetto economico dell’idrogeno, metanolo e ammoniaca come combustibili per applicazioni nel settore dei trasporti, nonché le prestazioni delle membrane AEM a base di poli(arilpiperidinio) per celle a combustibile ad ammoniaca diretta a 80 °C.

L’articolo di Archrai et al., intitolato “Una cella a combustibile ad ammoniaca diretta con alimentazione dell’anodo priva di KOH che genera 180 mW cm⁻² a 120 °C" analizza le prestazioni elettrochimiche delle membrane AEM a base di poli(arilpiperidinio) per celle a combustibile ad ammoniaca diretta a 120 °C.

L’articolo di Endrodi et al. intitolato "L’elevata conduttanza degli ioni carbonato di una robusta membrana PiperION consente una densità di corrente e una conversione di livello industriale in una cella elettrolitica per anidride carbonica a gap zero" analizza le prestazioni elettrochimiche delle membrane AEM a base di poli(arilpiperidinio) per la riduzione elettrochimica della CO₂ o per applicazioni in elettrolizzatori di anidride carbonica.

Questo studio ha dimostrato che è possibile raggiungere densità di corrente parziali superiori a 1 A/cm² mantenendo un’elevata conversione (25-40%), selettività (fino al 90%) e una bassa tensione della cella (2,6-3,4 V).

Le prestazioni elettrochimiche delle membrane a scambio anionico dipendono solitamente dalla progettazione dell’hardware di prova elettrochimica, dai parametri operativi, dallo spessore della membrana, dal carico e dal tipo di catalizzatore, dallo spessore e dal tipo dello strato di diffusione del gas, dal modo in cui la MEA/CCM è stata prodotta e assemblata, ecc.

Fuel Cell Store non fornisce alcuna garanzia in merito alle prestazioni ottenute da altri ricercatori.

Per formati più grandi e prezzi all’ingrosso: le membrane PiperION® sono prodotte anche in formati più grandi rispetto a quelli qui elencati.

Si prega di contattare direttamente Versogen qui se avete bisogno di una membrana di dimensioni maggiori e di prezzi all’ingrosso.

Si prega di notare che attualmente i tempi di consegna previsti sono di 2 - 4 settimane.

Membrane PiperION Spessore 60 micrometri Peso base Non divulgato Resistenza alla trazione Non divulgato Modulo di Young Non divulgato Allungamento a rottura (%) Non specificato Peso specifico Non specificato Capacità di scambio ionico Non specificato Conduttività Non specificata Percentuale di rigonfiamento Non specificata Assorbimento d’acqua Non specificato Forma e tipo ionico Anionico (bicarbonato)