INSTITUTO DE PESQUISAS ENERGÉTICAS E NUCLEARES
Repositório Digital da Produção Técnico Científica

The influence of pre-irradiation and simultaneous grafting methods on the physicochemical properties of polyethylene-based anion-exchange membranes and ionomers

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dc.date 2022 pt_BR
dc.date.accessioned 2022-12-02T18:32:19Z
dc.date.available 2022-12-02T18:32:19Z
dc.identifier.issn 2151-2043 pt_BR
dc.identifier.uri http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/33407
dc.description.abstract Controlling the synthesis parameters during radiation-induced grafting (RIG) is a key feature to design anion-exchange membranes (AEMs) with enhanced properties that lead to high performances and stability. The present study provides a systematic investigation of the effect of RIG methods on physicochemical properties of LDPE-based AEMs with similar degree of grafting (DoG) and ion exchange capacity (IEC). The LDPE films were grafted with 4-vinylbenzyl chloride using two methods: i) pre-irradiation (PIM), using electron-beam (EB), and ii) simultaneous (SM), using gamma-ray (γ), both in air atmosphere and with different absorbed doses. The AEMs grafted by SM were irradiated with 20, 25, and 30 kGy, while the ones grafted by PIM were irradiated with doses of 30, 70, and 100 kGy. Samples grafted by the two different methods have the same molecular structure, but distinct physicochemical properties due to markedly differences in the degree of crosslinking. The studies have shown that grafting step directly influences the internal structure and morphology of AEMs. Multi-technique characterization demonstrated that RIG method determines the mechanical properties, water transport, and the distribution of ionic groups in AEMs. These characteristics have direct impact on fuel cell performance, anion-conductivity, and AEM stability. Figure 1 shows the polarization curves of anion-exchange membrane fuel cells (AEMFCs) operating at 80 °C with AEMs grafted by PIM and SM. Comparing AEMFCs performances containing AEMs with similar IECs from the two different grafting methods, it is possible to notice that AEMs synthesized by PIM, in general, promote better fuel cell performances than the corresponding ones prepared by SM. The main differences in the polarization curves are evidenced in the ohmic and the mass transport limiting regions. This result suggests that water management is enhanced in AEMs synthesized by PIM compared to the SM-AEMs. A membrane that allows rapid back diffusion of liquid water from the anode to the cathode, should reduce the current losses due to mass transport limitations. The gel content results confirmed the presence of more crosslinking in membranes synthesized by PIM than in the ones synthesized by the SM. As a consequence of that, enhanced mechanical properties were found for PIM-AEMs, indicating polymer backbone reinforcement due to high degree of crosslinking. Small-angle X-ray scattering measurements have confirmed that the microstructure of PIM and SM AEMs are different and this feature is directly related to ion conduction and water transportation. Figure 1. AEMFCs performances at 80 °C with LDPE-based AEMs grafted by the pre-irradiation method and by the simultaneous method. H2 anode gas flow=0.8 L min-1, O2 cathode gas flow=0.5 L min-1, both supplied unpressurized with optimal dewpoint temperatures ranging from 77 to 80 °C. AEMs are referred according to the grafting method and absorbed dose. 30 and 70-EB-PIM refer to the samples irradiated with 30 and 70 kGy, respectively, in the EB accelerator and grafted by the pre-irradiation method. 20 and 25-γ-SM refer to AEMs irradiated with 20 and 25 kGy, respectively, by γ-rays and grafted by the simultaneous method. pt_BR
dc.relation.ispartof ECS Meeting Abstracts pt_BR
dc.rights openAccess pt_BR
dc.source ECS Meeting, 241st, May 29 - June 2, 2022, Vancouver, Canada pt_BR
dc.title The influence of pre-irradiation and simultaneous grafting methods on the physicochemical properties of polyethylene-based anion-exchange membranes and ionomers pt_BR
dc.type Resumos em periódicos pt_BR
dc.identifier.fasciculo 35 pt_BR
dc.identifier.vol MA2022-01 pt_BR
ipen.identifier.ipendoc 29043 pt_BR
sigepi.autor.atividade SANTIAGO, ELISABETE I.:7110:610:N pt_BR
sigepi.autor.atividade FONSECA, FABIO C.:943:610:N pt_BR
sigepi.autor.atividade KODAMA, YASKO:538:610:N pt_BR
sigepi.autor.atividade BARBOSA, ANDREY S.:15157:610:N pt_BR
sigepi.autor.atividade BIANCOLLI, ANA L.G.:15443:610:S pt_BR
dc.coverage I pt_BR
dc.creator.author BIANCOLLI, ANA L.G. pt_BR
dc.creator.author BARBOSA, ANDREY S. pt_BR
dc.creator.author KODAMA, YASKO pt_BR
dc.creator.author REY, JOSE F.Q. pt_BR
dc.creator.author FONSECA, FABIO C. pt_BR
dc.creator.author SANTIAGO, ELISABETE I. pt_BR
ipen.autor SANTIAGO, ELISABETE I. pt_BR
ipen.autor FONSECA, FABIO C. pt_BR
ipen.autor KODAMA, YASKO pt_BR
ipen.autor BARBOSA, ANDREY S. pt_BR
ipen.autor BIANCOLLI, ANA L.G. pt_BR
ipen.date.recebimento 22-12
ipen.identifier.fi Sem F.I. pt_BR
ipen.codigoautor 7110 pt_BR
ipen.codigoautor 943 pt_BR
ipen.codigoautor 538 pt_BR
ipen.codigoautor 15157 pt_BR
ipen.codigoautor 15443 pt_BR
dc.identifier.doi 10.1149/MA2022-01351499mtgabs pt_BR
dc.identifier.orcid 0000-0002-5972-5933 pt_BR
dc.identifier.orcid 0000-0003-0708-2021 pt_BR
dc.identifier.orcid 0000-0002-0127-8130 pt_BR
dc.identifier.percentilfi Sem Percentil pt_BR
dc.identifier.percentilfiCiteScore Sem Percentil CiteScore pt_BR
ipen.identifier.fiCiteScore Sem CiteScore pt_BR


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A elaboração do projeto do RI do IPEN foi iniciado em novembro de 2013, colocado em operação interna em julho de 2014 e disponibilizado na Internet em junho de 2015. Utiliza o software livre Dspace, desenvolvido pelo Massachusetts Institute of Technology (MIT). Para descrição dos metadados adota o padrão Dublin Core. É compatível com o Protocolo de Arquivos Abertos (OAI) permitindo interoperabilidade com repositórios de âmbito nacional e internacional.

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A elaboração do projeto do RI do IPEN foi iniciado em novembro de 2013, colocado em operação interna em julho de 2014 e disponibilizado na Internet em junho de 2015. Utiliza o software livre Dspace, desenvolvido pelo Massachusetts Institute of Technology (MIT). Para descrição dos metadados adota o padrão Dublin Core. É compatível com o Protocolo de Arquivos Abertos (OAI) permitindo interoperabilidade com repositórios de âmbito nacional e internacional.

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