Nafion er en fluorpolymer - kopolymer som består av tetrafluoretylensulfonat , som ble oppdaget på slutten av sekstitallet av det tjuende århundre av Walther Grot fra DuPont [1] ; det er den første i en klasse av syntetiske polymerer med ioniske egenskaper, som kalles ionomerer . De unike ioniske egenskapene til Nafion er resultatet av innsetting av perfluorvinyletergrupper som slutter med sulfongrupper på et tetrafluoretylen ( Teflon ) skjelett.
Nafion kan brukes som en protonleder i proton exchange membrane (PEM) brenselceller på grunn av sin utmerkede termiske og mekaniske stabilitet.
Protoner av SO 3 H ( sulfonsyre )-gruppen "hopper" fra et surt sted til et annet. Den porøse strukturen tillater passasje av protoner, men den lave ledningsevnen til membranen hindrer passasje av elektroner. Nafion kan produseres med forskjellige kationiske ledningsevner.
Nafion kan produseres både i form av harpiks og i form av en kopolymer; har forskjellige kjemiske konfigurasjoner og forskjellige navn i IUPAC - systemet .
Molekylvekten til Nafion er usikker. Den grunnleggende strukturen til Nafion, vist øverst på siden, viser en viss variasjon av materialet, for eksempel tillater monomeren variasjoner av etergruppene . konvensjonelle metoder for å bestemme molekylvekten er ikke anvendelige fordi nafion ikke er løselig og har en kompleks struktur. dens masse er imidlertid estimert til 10 5 -10 6 Da. For å beskrive membranene på markedet brukes den ekvivalente massen, definert som vekten av Nafion per mol sulfonsyre . Ionebytterharpikser er beskrevet i form av ionebytterkapasitet, denne størrelsen er den resiproke av den ekvivalente massen.
Nafion-derivater syntetiseres først gjennom kopolymerisering av tetrafluoretylen (TFE) (Teflon) og et derivat perfluorert med sulfonsyre.
Resultatet av prosessen er en film som inneholder -SO 2 F og polymerer. Ved å behandle filmen med NaOH i vandig løsning ved høye temperaturer, omdannes gruppene (-SO 2 F) til grupper (-SO 3 - Na + ), som utgjør Nafion. Nafion kan produseres i tynne filmer.
Nafion har følgende egenskaper: [2]
Nafion brukes i brenselceller , vannelektrolyse , elektrolytiske enheter, batterier, sensorer. Nafion er også ofte sitert for det teoretiske potensialet (dvs. ikke eksperimentelt verifisert) av anvendelse som det kan finne i flere sektorer. Med tanke på de omfattende funksjonene til Nafion, er bare de mest betydningsfulle diskutert nedenfor.
Nafion er mye brukt i konstruksjonen av en membran kalt PEM (Proton Exchange Membrane eller Polymeric exchange membrane). En slik membran kan brukes i en elektrolysecelle for å produsere oksygen og hydrogen fra vann ved å absorbere energi eller i en brenselcelle for å produsere elektrisitet fra oksidasjon av hydrogen. Denne membranen er sammensatt av: