Tension-Torsion Fatigue Tests on the proton Exchange membrane Nafion 115, used in fuel cells

Ensayos de fatiga por tensión-torsión en la membrana de intercambio de protones Nafion 115, utilizada en las pilas de combustible

Authors

  • Gonzalo Mariano Domínguez Almaraz
  • Luis Miguel Torres Duarte
  • Christian Jesús Torres Pacheco

DOI:

https://doi.org/10.46932/sfjdv2n5-037

Keywords:

Nafion 115, Fuel cells, Tension-torsion, Fatigue resistance, Fracture surfaces

Abstract

Fatigue tests under tension-torsion have been carried out on the membrane Nafion 115 (Perfluorosulfonic acid, PFSA). This polymeric material is a main component to construct fuel cells, used as proton exchange membrane. These membranes undergo mechanical loading of tension and torsion during its industrial life. A self-designed machine has been constructed to obtain the fatigue endurance on this polymeric material under tension-torsion and the following conditions: one magnitude for the torsion angle, five initial tensile stresses, room temperature, and environmental relative humidity, and frequency of 1.6 Hz. The experimental results show that fatigue endurance decreases with the increase of tensile stress when the torsion angle remains constant, as well as temperature and relative humidity (both taken at environmental conditions). Fracture surfaces were analyzed by SEM, in order to investigate the principal trends of crack initiation and propagation under this modality of fatigue loading.

 

Se han realizado ensayos de fatiga bajo tensión-torsión en la membrana Nafion 115 (ácido perfluorosulfónico, PFSA). Este material polimérico es un componente principal para la construcción de pilas de combustible, utilizado como membrana de intercambio de protones. Estas membranas se someten a cargas mecánicas de tensión y torsión durante su vida industrial. Se ha construido una máquina de diseño propio para obtener la resistencia a la fatiga de este material polimérico bajo tensión-torsión y en las siguientes condiciones: una magnitud para el ángulo de torsión, cinco tensiones iniciales de tracción, temperatura ambiente y humedad relativa ambiental, y frecuencia de 1,6 Hz. Los resultados experimentales muestran que la resistencia a la fatiga disminuye con el aumento de la tensión de tracción cuando el ángulo de torsión se mantiene constante, así como la temperatura y la humedad relativa (ambas tomadas en condiciones ambientales). Las superficies de fractura fueron analizadas por SEM, con el fin de investigar las principales tendencias de iniciación y propagación de grietas bajo esta modalidad de carga de fatiga.

Published

2021-10-15