PROCESO PARA RECICLAR COMPONENTES DE UN ENSAMBLAJE DE ELECTRODO DE MEMBRANA DE CÉLULA DE COMBUSTIBLE PEM
CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se dirige a un proceso para reciclar componentes de un ensamblaje de electrodo de membrana de celda de combustible PEM. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las celdas de combustible convierten un combustible y un agente oxidante, que se separan localmente del uno al otro en dos electrodos, en electricidad, calor y agua. El hidrógeno o un gas rico en hidrógeno se puede utilizar como el combustible, oxígeno o aire como el agente oxidante. El proceso de conversión de energía en la celda de combustible se caracteriza por una eficiencia particularmente alta. El diseño compacto, densidad de energía, y alta eficiencia de las celdas de combustible de membrana de electrolito de polímero (celdas de combustible PEM) las hacen adecuadas para el uso como convertidores de energía, y por estas razones las celdas de combustible PEM en combinación con motores eléctricos están ganando importancia creciente como una alternativa a los motores de combustión convencionales. La celda de combustible de tipo de hidrógeno/oxígeno depende de las reacciones anódicas y catódicas que conducen a la generación y flujo de electrones y energía eléctrica como una fuente de energía útil para muchas aplicaciones. Las reacciones anódicas y catódicas en una celda de combustible de hidrógeno/oxígeno se pueden representar como sigue: H2?2H+ +2e" (Ánodo) V2 02 +2e—>H20 (Cátodo) Cada unidad de celda de combustible PEM contiene un ensamblaje de electrodo de membrana colocado entre placas bipolares, también conocidas como placas separadoras, que sirven para suministrar gas y conducir electricidad. Un ensamblaje de electrodo de membrana (MEA) consiste de una membrana de electrolito de polímero, ambos lados de los cuales se proporcionan con las capas de reacción, los electrodos. Una de las capas de reacción toma la forma de un ánodo para oxidar hidrógeno y la segunda capa de reacción de un cátodo para reducir oxígeno. Las capas de distribución de gas hechas de papel de fibra de carbono o tejido o tela de carbono, que permiten buen acceso de los gases de reacción a los electrodos y buena conducción de la corriente eléctrica de la celda, se unen a los electrodos. El ánodo y el cátodo contienen electrocatalizadores, que proporcionan soporte catalítico a la reacción particular (oxidación de hidrógeno y reducción de oxígeno respectivamente). Los metales en el grupo de platino del sistema periódico de los elementos se utilizan preferiblemente como componentes catalíticamente activos. Los catalizadores de soporte se utilizan en lo que los metales del grupo de platino catalí icamente activos han sido aplicados en forma altamente dispersada a la superficie de un material de soporte conductor. Ll tamaño del cristalito promedio de los metales del grupo de platino es entre alrededor de 1 y 10 nm. Los negros de carbón de partícula fina han probado ser efectivos como materiales de soporte. La membrana de electrolito de polímero consiste de materiales de polímero que conducen protones. Estos materiales también se refieren enseguida como íonómeros. Un copolímero de éter de tetrafluoroetileno-fluorovinilo con funciones de ácido, grupos ácido particularmente sulfúrico, se utiliza preferiblemente. Un material de ese tipo se vende bajo el nombre comercial de Nafion® por E.l. DuPont, por ejemplo. Otros materiales de íonómero, particularmente ejemplos libres de flúor tal como cetonas de polieter sul fonadas o cetonas de arilo o polibencimidazoles, también se pueden utilizar, sin embargo . Celdas de combustible han sido buscadas como una fuente de energía para la transportación debido a su eficiencia de energía alta (incomparable por ciclos de motor de calor), su potencial para la flexibil dad de combustible, y sus emisiones extremadamente bajas. Las celdas de combustibles tienen potencial para aplicaciones de energías estacionarias y vehiculares; sin embargo, la viabilidad comercial de las ceJdas de combustible para la generación de energía en aplicaciones estacionarias y de transportación dependen en resolver un número de problemas de costo de manufactura y durabilidad. Uno de los problemas mucho más importante es el costo del catalizador de intercambio de protones para la celda de combustible. Los catalizadores mucho más eficientes para las celdas de combustible de temperatura baja son metales nobles, tal como platino, que es muy costoso. Algunos han estimado que el costo total de tales catalizadores es de aproximadamente 80% del costo total de l a manufactura de una celda de combustible de temperatura ba a. En un proceso típico, una cantidad de un catalizador de metal noble deseado de aproximadamente 0.5-4 mg/cm2 se aplica a un electrodo de celda de combustible en la forma de una tinta, o utilizando procedimientos químicos complejos. Tales métodos requieren la aplicación de una carga relativamente grande de catalizador de metal a fin de producir un electrodo de celda de combustible con el nivel deseado de actividad electrocatalítica, particularmente para aplicaciones de temperatura ba a. El gasto de tales catalizadores hace imperativo reducir la cantidad, o carga, del catalizador requerido para la celda de combustible. Este requiere un método eficiente para aplicar el catalizador. En años recientes, un número de métodos de deposición, que incluyen rodamiento/rocío, vaciado en solución/prensado en caliente, y catalización electroquímica, han sido desarrollados para la producción de capas de catalizador de Pt para las celdas de combustible PEM. En el caso de las celdas de combustible de hidrógeno/oxígeno, se han dirigido algunas mejoras en los métodos de aplicación de catalizador hacia la reducción de la cantidad de catalizador de platino costoso en las formulaciones. El desarrollo de las composiciones, por ejemplo, se logró al combinar el íonómero de perfluorosulfonato solubilizado (Nafion©) , catalizador de soporte ( Pt sobre carbono), glicerol y agua. Esto conduce el uso de electrodos de carga baja de platino. Las siguientes publicaciones enseñan algunos de estos métodos para las celdas de combustible de hidrógeno/oxigeno; Patente Norteamericana No. 5,234,777 de Wilson; M. S. Wilson y colaboradores App. Electrochem., 22 (1992) 1-7; C. Za odzins i y colaboradores Electrochem. Soc. Proa, Vol. 95-23 (1995) 57-65; A. K. Shukla y colaboradores, J. App. Electrochem., 19(1989) 383-386; patente norteamericana No. 5,702,755 de Messell; patente norteamericana No. 5,859,416 de Mussell; patente norteamericana No. 5,501 ,915 de Hards y colaboradores . Para reducir la dependencia sobre la importación de petróleo, se ha sugerido que la economía de os Estado Unidos se base sobre el hidrógeno como es opuesto a los hidrocarbonos . La atmósfera actual que circunda la economía de hidrógeno se mantiene en parte por el éxito de la celda de combustible PEM. Como previamente dicho, un costo primario relativo al fabricante de celdas de combustible de PEM es el metal noble, tal como platino, utilizado como los electrodos catalíticos. Importantemente, la membrana de Nafion® es también un material relativamente costoso y contribuye al costo de la pila de celda de combustible. Típicamente, la vida promedio de la una celda de combustible es de aproximadamente un año. Los agujeros pequeños en la membrana y la desactivación de catalizador son algunas causas que reducen la efectividad y, así, la vida útil de la celda de combustible PEM. El reciclado del ensamblaje de electrodo de membrana, que típicamente contiene un núcleo de membrana Nafion® y los electrodos de platino/carbono recubiertos sobre cualquier lado de los mismos, puede dirigir varios de los problemas de costo relacionados a la manufactura y el uso de la celda de combustible PEM. Primero, la recuperación del catalizador de platino para reutilizar es importante para cumplir la demanda mundial para el material, y ayudar a mantener un precio razonable para el metal. La recuperación comercial actual del platino de un MEA involucra la combustión de las membranas y el procesamiento de las ceniza. Este mecanismo es útil debido a que genera una ceniza que se puede analizar para los propósitos de intercambio comercial. Desafortunadamente, existen dos desventajas con este proceso previo. Primero, la quema de la membrana Nafion® fluoropolimérica y el PTFE utiliza frecuentemente en las capas de difusión de gas produce gas HF que es corrosivo y peligroso a la salud. Las descargas de gas HF se regulan altamente, y aun con depuración del gas, el rendimiento del horno se limita debido al HF residual. En segunda, la quema de la membrana Nafion® destruye un material adicionado valioso, costoso. Procesos alternativos han sido propuestos para el reciclado de MEA. Estos procesos no dirigen el problema del reciclado al grado de la presente invención. Por ejemplo, un proceso utiliza un proceso de fusión para recuperar el metal precioso del MEA. Un MEA desmenuzado se procesa en un flujo que contiene sal de calcio. Esto secuestra el HF liberado como CaF. Sin embargo, el valor de la membrana MEA se destruye. Otro proceso disuelve la membrana MEA y propone refundir la película de membrana y rehusar los catalizadores de electrodo recuperados. La experiencia ha mostrado que las propiedades físicas de la membrana cambian durante el envejecimiento. La refundición de una película con polímero de peso molecular más bajo puede dar por resultado una membrana con propiedades diferentes que una hecha con polímero virgen.
Por consiguiente, sería útil proporcionar un proceso alternativo para reciclar el ensamblaje de electrodo de membrana de una celda de combustible PEM mediante el cual el metal precioso se recupera . en rendimiento alto y la Nafion® u otra membrana fluoropol mep ca se recupera completamente para el reciclado potencial. Tal proceso en el cual no hay problemas ambientales serios tal como la formación de gas HF se puede operar con utilización de energía baja, y mediante el cual el proceso facilita un intercambio comercial basado sobre el ensayo del metal precioso recuperado ayudaría en promover la economía de hidrógeno . BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Ahora se ha encontrado que los alcoholes alquílicos inferiores, que incluyen mezclas de tales alcoholes con cantidades variantes de agua, pueden interrumpir la unión entre la membrana de íonómero que contiene fluorocarbono y las capas de catalizador de Pt/carbono unidas para permitir la separación de la película de membrana intacta de las capas de catalizador de Pt . Así, la recuperación de la membrana para el reciclado de plásticos sin la recuperación del metal noble en la capa catalítica se puede lograr sin la combustión del ensamblaje de electrodo de membrana y la formación del gas HF. Se ha encontrado que para el ensamblaje de membrana de tres capas, constituida de ánodo, membrana y cátodo, pérdida de adhesión entre la membrana y las capas de catalizador se sigue por la dispersión de las capas de catalizador en el solvente de alcohol. Con una membrana de cinco capas, GDL/ánodo/membrana/cátodo/GDL, la membrana se separa de las bicapas exteriores y facilita la recuperación subsecuente de las capas individuales, que incluyen el catalizador de metal noble, nuevamente, sin combustión del ensamblaje . BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura ilustra un aparato propuesto que se puede utilizar en un proceso para reciclar un ensamblaje de electrodo de membrana de celda de combustible PEM. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención se dirige a un método para deslaminar un ensamblaje de electrodo de membrana de celda de combustible PEM que utiliza alcoholes inferiores o mezclas de alcohol/agua inferiores, y sin la necesidad de quemar el ensamblaje de electrodo de membrana para recuperar una ceniza cargada de metal noble. La invención es particularmente útil para los ensamblajes de electrodo de membrana de tres capas en los cuales una membrana de ionómero de perfluorocarbono se coloca entre un ánodo y un cátodo, típicamente formada de un metal noble tal como platinos soportados sobre partículas de carbono. Los ensamblajes de electrodo de membrana que contienen un ensamblaje de cinco capas en la cual las capas de difusión de gas se colocan en el ensamblaje también se pueden deslammar y el metal precioso en los electrodos se recupera mediante el método de la presente invención. En los ensamblajes de electrodo de membrana de cinco capas, las capas de difusión de gas (GDLs) se colocan sobre lados opuestos de los electrodos respectivos. Las GDLs son típicamente estructuras de papel de carbono o fibra de carbono conocidas en la técnica. Frecuentemente las GDLs contienen un fluorocarbono para impartir h drofobicidad . Por ejemplo, Taniguchi y colaboradores, patente norteamericana No. 6,083,638, divulga un sustrato de carbono fibroso pretratado con una fluororesma que se hornea a 360°C, seguida por el tratamiento con dispersiones particuladas de polímero hidrofóbico e hidrofílico para formar canales discretos que son hidrofóbicos e hidrofílicos . Isono y colaboradores, EP 1 063 717 A2 , divulga un sustrato de carbono fibroso tratado con un fluoropolímero de temperatura a ta en dispersión acuosa de la manera como para exhibir un gradiente en hidrofobicidad en una dirección normal a la dirección del transporte de ion a través de la celda. El sustrato de carbono fibroso se trata adicionalmente con una capa de mezcla que comprende la misma dispersión acuosa, e inhibe un gradiente similar en hidrofobicidad . La estructura completa se somete al calentamiento a 380°C para combinar el polímero. Dirven y colaboradores, patente norteamericana No.
II
,561,000, divulga una estructura bicapa en la cual una capa de poro fino que consiste de PTFE y carbono se deposita mediante recubrimiento sobre un papel o tejido de carbono tratado con PTFE. Las estructuras de las MEAs de tres capas y cinco capas son bien conocidas en la técnica . Los métodos particulares para hacer tales ensamblajes también son conocidos y no forman una característica crítica de la invención. Métodos de manufactura, sin embargo, pueden afectar los tipos de solventes utilizados en el tiempo del tratamiento. Se ha encontrado para las MEAs de cinco capas, en particular, el método de la manufactura de la MEA puede detectar que tanto de las GDLs se remueven del ensamblaje. Las MEAs al ser recicladas de acuerdo con esta invención contienen membranas de monómero que contienen fluorocarbono conocidas en la técnica. En particular, las celdas de combustible que contienen membranas de perfluorosulfonato tal como Nafion® de Dupont se pueden tratar fácilmente de acuerdo con las enseñanzas de la invención. Ejemplos de ionómeros de perfluorosulfonato que se pueden utilizar para membranas en las celdas de combustibles PEM y las ensamblajes de electrodo de membrana que se pueden tratar de acuerdo con la presente invención se divulgan en las patentes norteamericanas Nos. 4,433,082 y 6,150,426, cedidas a E.l. Dupont de Nemours and Co., así como la patente norteamericana 4,731 ,263, cedida a Dow Chemical Co, cada una de las cuales la patente norteamericana se incorpora en la presente por referencia en su totalidad. Otros ionómeros que contienen fluorocarbono tal como aquellos que contienen grupos carboxilato están siendo vendidos y se pueden tratar con esta invención. De acuerdo con esta invención, el ensamblaje de electrodo de membrana se pone en contacto con un solvente compuesto de por lo menos un alcanol inferior, preferiblemente mezclado con agua. Se ha encontrado que la relación de alcohol a agua y la selección de alcohol son dependientes sobre sí o no la membrana se envejece o sí o no la ebullición se utilizan en la separación de GDL. En el caso de las membranas que han sido envejecidas, una mezcla de solvente pobre de alcohol se puede utilizar; de otra manera la membrana se puede desintegrar. Un solvente pobre de alcohol se puede considera como un solvente de alcohol y agua que contiene menos que 30% en peso de alcohol, sin embargo, menos que 25% de alcohol también se ejemplifica. En el contacto con el solvente, se ha encontrado que la membrana de celda de combustible se separa y de otra manera removida de la capa de ánodo y cátodo. La membrana se remueve intacta y se puede procesar en una manera conocida para el reciclaje plástico. La remoción de la membrana permite la recuperación del metal noble en el cátodo y ánodo, que frecuentemente pertenecen intactos o en partículas finas (más que 90% de las partículas <50 mieras) o partículas gruesas (mayor que 50 mieras) de carbono, que contiene el catalizador de metal noble soportado. Se prefiere que la capa de catalizador (el ánodo y el cátodo) permanezca intacta o por lo menos en partículas gruesas. Si se separa como partículas finas que fácilmente se dispersan en el solvente, la recuperación del metal precioso se hace más difícil. El material de cátodo y ánodo que contiene el metal noble tal como el platino se puede recuperar completamente y el contenido de metal noble se refina del mismo. Los ensamblajes de electrodo de membrana que contiene capas de difusión de gas también se pueden poner en contacto con un solvente que contiene alcanol inferior, causando a las capas de difusión de gas y a las capas de membrana separarse de las capas de catalizador, nuevamente permitiendo la recuperación del catalizador sin la necesidad para quemar el ensamblaje de electrodo de membrana primer en ceniza antes de la recuperación . Por el término "poner en contacto", se propone primeramente que el ensamblaje de electrodo de membrana se sumerja o se suspenda en el alcohol o solvente de alcohol/agua. La agitación del solvente puede ser útil en proporcionar mezclas uniformes del alcohol y el agua y en disminuir el tiempo necesario para la separación de la membrana para las capas del catalizador. También es posible poner en contacto continuamente al MEA con una corriente fluyente de solvente tal como una neblina o rocío líquido más concentrado. Además, la MEA se puede mantener en una corriente de vapor de solvente de alcohol alquílico, que puede incluir vapor durante un tiempo suficiente para que la membrana se separe de las capas catalíticas. El solvente que se utiliza en la presente invención comprenderá por lo menos un alcohol alquílico o isoalquílico de Ci a Cs . Mezclas de dos o más tales alcoholes alquílicos inferiores también se pueden utilizar. Se ha encontrado que la adición de 5 hasta 95% en peso de agua facilita el proceso de separación. El agua sola se ha encontrado insuficiente para separar la membrana de las capas de ánodo y cátodo catalíticas. Preferiblemente, el alcohol será un alcohol alquílico de C4 a C?, ya que los alcoholes inferiores tal como metanol, etanol e isopropanol tienen puntos de evaporación instantánea bajos. Sin embargo, los alcoholes alquílicos de Ci a C3, que incluyen mezclas de los mismos, son efectivos para la separación de la membrana. Los contenidos de agua adicionales relativos a la mezcla de 10 a 90% en peso son útiles, incluyendo contenidos de agua de 10 a 50% en peso. Los alcanoles superiores que 6 átomos de carbono no pueden formar una mezcla miscible con agua aun bajo agitación, y no ser como útiles. El tiempo de contacto puede variar dependiendo del ensamblaje particular y el solvente particular utilizados, pero típicamente por lo menos 10 segundos y hasta 10 minutos de tiempo de contacto es suficiente para causar la separación de la membrana de las capas de catalizador. Preferiblemente, los tiempos de 30 segundos a 3 minutos son logrables con el ajuste correcto con los parámetros. Como se preparan, las partículas de catalizador de carbono se pueden combinar con un lonomero Nafion®. Los procesos se pueden ajustar para reducir el contenido de íonómero residual de la partícula de carbono recuperada. El contenido de metal precioso de la partícula de carbono se puede recuperar al quemar el material recuperado. Esto puede facilitar un arreglo comercial basado sobre el peso de la ceniza y el ensayo de la ceniza. Alterna ivamente, el metal precioso se puede lixiviar del carbono. Un arreglo comercial luego podría ser logrado utilizando el volumen del lixiviado y el ensayo de lixiviado. Tanto el proceso de lixiviación como la combustión se pueden acelerar con calentamiento. En el caso del primero, tanto el calor como l a presión se pueden combinar para ayudar en la disolución de los metales preciosos. Los métodos comerciales del reciclado del metal precioso luego se pueden emplear para purificar el metal. La Figura 1 muestra un aparato propuesto y método propuesto para reciclar un ensamblaje de electrodo de membrana de celda de combustible PEM de acuerdo con la presente invención. Con referencia a la Figura, un tanque de reacción 10 que contiene una cámara superior 12, en la cual las MEAs se suspenden, y una cámara inferior 14 para la recuperación del catalizador es proporcionada. La cámara superior 12 puede contener una charola de reciprocación 16 para contener y soportar los ensamblajes de electrodo de membrana (no mostrados) . El tanque de reacción 10 se llena con solvente tal como del tanque de almacenamiento de alcanol 18 por la vía de la línea 19, el filtro 20 y las líneas 21, 22 y 23 y 24 y la bomba 11. El solvente de alcohol se puede regresar en ciclos al almacenamiento 18 por la vía de la línea 25. El tanque de almacenamiento de agua 30 puede suministrar agua al tanque de reacción 10 por la vía de la línea 31, el filtro 32, y las líneas 32, 22, 23 y 24 y la bomba 11. El agua se puede regresar en ciclos al tanque 30 por la vía de la línea 34. Dependiendo de la operación de las válvulas 1, 2, 3, 5, 6, y 7 el alcohol y una mezcla de alcohol y agua se pueden suministrar al tanque de reacción 10, y los solventes reciclados al almacenamiento apropiado o al tanque de reacción 10. Una vez que el tanque de reacción 10 se llena con el solvente apropiado, la charola de reciprocación 16 que soporta los ensamblajes de electrodo de membrana se pone en movimiento para causar la agitación entre las MEAs y el solvente. Aunque no mostrado, otro medio de agitación se puede incluir en la cámara superior 12. Por ejemplo, tal medio incluye medio de agitación tal como paletas o barras, así como medios para proporcionar algún tipo de vibración sónica al solvente. Después del período deseado de tiempo, el solvente se bombea desde el fondo de la cámara inferior 14 por la vía de la línea 15 y se pasa a través de un filtro 40 y luego se bombea por la vía de la bomba 11 y las líneas 23 y 24 de regreso en la cámara superior 12. Después de repetir en la etapa de repetir la etapa de agitación, el solvente se drena nuevamente y se recicla a la cámara superior 12 al tanque de reacción 10. El ciclo se repite hasta que el solvente está libre de material particulada. Una vez que el ciclo se completa la membrana MEA se puede recuperar de la charola de reciprocación 16. La reusabilidad de la membrana MEA puede ser contingente sobre el grado de envejecimiento que se ha endurecido. Sin embargo, se espera que el peso molecular de la membrana MEA se pueda reducir con el envejecimiento, y el rehuso del polímero en aplicación de MEA puede no ser preferido. Un uso alternativo para la membrana MEA recuperada podría ser como un componente de un catalizador sólido. El proceso se puede monitorear utilizando un instrumento tal como nefelómetro, que puede medir la turbiedad del solvente, tal como en la línea 23. Las partículas de carbono que contienen el catalizador de metal noble soportado se recolectan sobre el filtro 40. Después de que la filtración se completa, la torta de filtro se puede secar, pesar y muestrear. El contenido de metal precioso de la muestra se relaciona directamente al contenido de un metal precioso en el lote de las MEAs extraídas, y se puede recuperar mediante técnicas de refinación convencionales. El proceso tiene dos variaciones. En el primer caso, las MEAs se insertan en el tanque de reacción 10 como se reciben e incluyen la GDL (capa de difusión de gas) . En este caso, la agitación o aplicación de ultrasonido se puede aplicar para separar la capa de catalizador de la GDL y para minimizar la pérdida de las partículas de catalizador en los poros de la GDL. Un mecanismo de clasificación sería requerido para separar la GDL de las láminas de Nafion® cuando la cámara superior 12 se desensambla y los contenidos se remueven. En el segundo caso, la GDL, que se prensa o se adhiere sobre ambos lados de la MEA, se separa físicamente de la MEA previo al tratamiento con solvente. La separación de la GDL del núcleo se puede ayudar al exponer la MEA de cinco capas a vapor o al agua en ebullición. Aunque la GDL se impregna con PTFE, las fibras de carbono de la GDL tienen valor de reciclado. Se ha mostrado que la PTFE se puede remover utilizando calentamiento con microondas, aunque el HF será involucrado. Además, se espera que exista una pequeña cantidad de catalizador de carbono sobre la GDL que ha sido transferido por el contacto bajo presión. El contenido de metal precioso de la GDL se puede recuperar de tres maneras: 1. La GDL se puede exponer a solvente en un aparato separado y el solvente se filtra como se describe en lo anterior. 2. Asumir el contacto de metal precioso mínimo, la GDL se puede tratar con un ácido oxidante, tal como agua regia, para disolver primeramente el Pt presente, y la solución se puede analizar para el contenido de metal precioso previo a las actividades de recuperación . 3. La GDL o porciones de la misma se pueden quemar y la ceniza analizar. Esta opción reintroduce el problema de la formación de HF debido a la presencia de PTFE, otro fluoropolímero, en la GDL, y puede requerir procesos avanzados para la implementación exitosa . Se ha encontrado que el método para manufacturar la
MEA, en particular, si las GDLs están presentes pueden afectar como la GDLs necesita ser removida. Por ejemplo, en particular, con ciertas no utilizadas, pero se paradas MEAs que contienen GDLs, los ensamblajes necesitan ser tratados inicialmente con vapor o agua en ebullición para separar las capas de difusión de gas de las capas de ánodo y cátodo catalíticas. Las MEAs que han sido utilizada para crear energía parece que se separan más fácilmente aun si las capas de difusión de gas están presentes. EJEMPLOS Ejemplo 1 Se ha encontrado que el isopropanol mezclado con varias cantidades de agua interrumpen la unión entre la Nafion® y las capas de catalizador de carbono unidas. En el caso de un ensamblaje de membrana de tres capas, constituida de ánodo, la Nafion® y el cátodo, pérdida de adhesión entre la membrana y las capas de catalizador se sigue por la dispersión de las capas de catalizador. Con la membrana de cinco capas (GDL/ánodo/Nafion®/cátodo/GDL) , la Nafion® se separa de las bicapas exteriores, y facilita la recolección subsecuente de los componentes individuales. La Tabla 1 representa la remoción de la membrana Nafion® que utiliza mezclas de isopropanol/agua, agua sola, amoníaco, y una mezcla de amoníaco/agua. La MEA se sumergió en el' volumen del solvente mostrado. TABLA 1
Ejemplo 2 Experimentos de separación de membrana se realizaron utilizando agitación ultrasónica o a mano con concentraciones diferentes de metanol, etanol, isopropanol, y butanol, ver Tabal 2. El propósito de estos experimentos fue documentar el tiempo y la manera en la que (si lo absoluto) las capas negras se separaron de la membrana Nafion®. Los alcoholes de peso molecular alto y bajo se exploraron. El tamaño de muestra utilizado fue 1 cm2 en 20 ml de solvente.
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Las membranas de 3 capas y de 5 capas se separaron exitosamente de las capas de catalizador negro utilizando metanol, etanol, isopropanol y butanol como solventes.
TABLA 2
Clave BL Capa Negra C Ondulada Tamaño = 1 cm2 CBP Partículas Negras Gruesas S Desmenuzada Solvente = 20 ml FBP Partículas Negras Finas GR Residuo de Pegamento - denota que no se separó o »10 min
i-? o
4-.
Clave BL Capa Negra C Ondulada Tamaño = 1 cm2 CBP Partículas Negras Gruesas S Desmenuzada Solvente = 20 ml FBP Partículas Negras Finas GR Residuo de Pegamento - denota que no se separo o »10 min
Ejemplo 3 El pre-tratamiento experimental de las membranas MEA se realizó para la remoción de la capa de GDL al hervir la MEA en agua o la separación a mano de las GDLs. Concentraciones diferentes de isopropanol, 2-butanol y n-butanol, ver Tablas 3-5, se utilizaron para separar la membrana del cátodo y ánodo. El propósito de estos experimentos fue documentar el porcentaje del platino recuperado de las membranas MEA nueva (ver Tablas 3 y 4), y usadas (ver Tabla 5) que utilizan diferentes métodos para la remoción de GDL y concentraciones diferentes de alcohol. El tamaño de la muestra utilizada fue de 1 pulgada2, y el volumen de solvente fue variable, como se describe enseguida. Casi ninguna diferencia en la recuperación del platino se observó entre las etapas de remoción de GDL diferentes, o entre los solventes diferentes, cuando se tratan las membranas de MEA utilizadas, ver Tabla 5. Sin embargo, las diferencias en el método para remover la capa de GDL tuvo un impacto mayor sobre el procesamiento subsecuente de las membranas MEA nuevas, ver Tablas 3 y 4. TABLA 3 - Pt recuperado de la membrana MEA nueva, proveedor 1
TABLA 4 - Pt recuperado de la membrana MEA, nueva, proveedor 2
TABLA 5 - Pt recuperado de la membrana MEA usada
Ejemplo 4 Los experimentos de pre-tratamiento de la MEAs de 5 capas con GDL intacta se realizaron utilizando concentraciones diferentes de alcohol isopropílico, y n- butanol, ver Tabla 6 y 7. El propósito de estos experimentos fue determinar el efecto del pre-tratamiento sobre la capa de GDL. El tamaño de la muestra utilizada fue 1 pulgada2 en 20 ml de solvente, y el volumen de solvente fue variable, estimando en 20 a 30 mL. Las MEAs de 5 capas nuevas fueron difíciles de procesar. Sin embargo, las MEAs usadas fueron más fácilmente procesadas, y aun con solventes pobres de alcohol, ver Tabla 6 y 7 TABLA 6 - Pre-tratamiento de MEA nueva con GDL intacta Solvente Resultados 70 % de alcohol isopropíüco Hinchamiento de la membrana desintegración de los bordes expuestos. GDL intacta. 100% de n-butanol Borde de extensiones y desintegraciones. GDL Intacta . 70% alcohol reactivo Una GDL separa, la membrana (principalmente etanol) desprendible de la segunda GDL. TABLA 7 - Pre-tratamiento de MEA usada con GDL intacta