Nafion
IlNafionè unfluoropolimero-copolimerocostituito datetrafluoroetilenesolfonato, che fu scoperto alla fine degli anni sessanta del XX secolo da Walther Grot dellaDuPont[1];esso è il primo di una classe di polimeri sintetici aventi proprietà ioniche, che sono chiamatiionomeri. Le proprietà ioniche uniche del Nafion derivano dall'inserimento di gruppi eterei perfluorovinilici che terminano con gruppi solfonici su uno scheletro di tetrafluoroetilene (Teflon).
Il Nafion può essere utilizzato come conduttore di protoni nellecelle a combustibileamembrane a scambio protonico(PEM) grazie alla sua eccellente stabilità termica e meccanica.
I protoni del gruppo SO3H (acido solfonico) "saltano" da un sito acido all'altro. La struttura porosa permette il passaggio di protoni ma la bassaconduttivitàdella membrana impedisce il passaggio di elettroni. Il Nafion può essere prodotto con diverse conduttività cationiche.
Nomenclatura e peso molecolare
[modifica|modifica wikitesto]Il Nafion può essere prodotto sia sotto forma di resina sia sotto forma di copolimero; ha varie configurazioni chimiche e diversi nomi nel sistemaIUPAC.
Ilpeso molecolaredel Nafion è incerto. La struttura base del Nafion, mostrata in cima alla pagina, mostra una certa variabilità del materiale, ad esempio, ilmonomeroammette variazioni dei gruppietere.i metodi convenzionali per determinare il peso molecolare non sono applicabili perché il nafion non è solubile e ha una struttura complessa. comunque la sua massa è stata stimata di 105-106Da. Per descrivere le membrane in commercio si usa la massa equivalente, definita come il peso di Nafion per mole diacido solfonico.Le resine a scambio ionico sono descritte in termini di capacità di scambio ionico, tale grandezza è il reciproco della massa equivalente.
Preparazione
[modifica|modifica wikitesto]I derivati del Nafion sono prima sintetizzati mediante la copolimerizzazione deltetrafluoroetilene(TFE) (Teflon) e di un derivato perfluorurato con l'acido solfonico.
Il risultato del processo è una pellicola contenente -SO2F e polimeri. Trattando con NaOH insoluzione acquosaad alte temperature la pellicola si ottiene la conversione dei gruppi (-SO2F) in gruppi (-SO3-Na+), che costituiscono il Nafion. Il Nafion può essere prodotto in pellicole sottili.
Proprietà
[modifica|modifica wikitesto]Il Nafion ha le seguenti caratteristiche:[2]
- Alta conduttività di protoni
- Resistenza chimica; secondo laDuPont,solo imetalli alcalini(in particolare il sodio) possono degradare il Nafion a normali temperatura e pressione.
- Resistenza a temperature elevate, e resistenza a stress meccanici
- Permeabile all'acqua.
Applicazioni
[modifica|modifica wikitesto]Il Nafion viene utilizzato nellecelle a combustibile,nell'elettrolisidell'acqua, in dispositivi elettrolitici, batterie, sensori. Il Nafion è anche spesso citato per le potenzialità teoriche (cioè non verificate sperimentalmente) di applicazione che può trovare in parecchi settori. Considerando le ampie funzionalità del Nafion, di seguito si discutono solamente le più significative.
Il Nafion trova largo utilizzo nella costruzione di una membrana chiamataPEM(Proton Exchange Membrane oppure Polymeric exchange membrane). Tale membrana può essere utilizzata in una cella elettrolitica per produrre ossigeno e idrogeno a partire dall'acqua assorbendo energia o in una cella a combustibile per produrre energia elettrica dall'ossidazione dell'idrogeno. Questa cella (elettrolitica o a combustibile) è composta da:
- Substrato: è un elettrodo avente una struttura leggera e porosa, solitamente per questa parte si usa ilcarbonio.
- Strato diffusivo: anch'esso realizzato in carbonio, permette la diffusione dei reagenti verso la zona attiva.
- Strato attivo: costituito come lo strato diffusivo, ma con la presenza di un catalizzatore, solitamente ilplatino,il quale favorisce la reazione.
- Nafion: la membrana semipermeabile è situata al centro della cella e permette la separazione dei reagenti ed il solo passaggio degli ioni positivi, non lasciando passare gli elettroni.
Note
[modifica|modifica wikitesto]- ^Steven Church,Del. firm installs fuel cell,The News Journal,6 gennaio 2006, p. B7.
- ^Perma Pure LLC,Nafion physical properties,inTechnical Notes and Articles,2004 F.URL consultato il 22 marzo 2006(archiviato dall'url originaleil 24 marzo 2006).
Altri progetti
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Wikimedia Commonscontiene immagini o altri file suNafion
Collegamenti esterni
[modifica|modifica wikitesto]- What is Nafion?,supersonalweb.unito.it.URL consultato il 20 marzo 2012(archiviato dall'url originaleil 27 settembre 2011).
- Nafion use in fuel cells,suion-power.URL consultato il 20 marzo 2012(archiviato dall'url originaleil 9 marzo 2012).
- Homepage of Walther G. Grot,sunafion.mysite.
- Walther G. Grot: "Fluorinated Ionomers",suwilliamandrew.URL consultato il 20 marzo 2012(archiviato dall'url originaleil 26 ottobre 2007).
