Ученые Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, НИУ ВШЭ и Томского политехнического университета разработали прочную протонпроводящую мембрану, устойчивую к химическому разрушению. Новый материал может увеличить срок службы водородно-воздушных топливных элементов.
Одна из главных проблем топливных элементов — постепенное разрушение полимерной мембраны. При работе она многократно увлажняется и высыхает, испытывает механические нагрузки и подвергается воздействию свободных радикалов. Это сокращает срок службы даже таких распространенных материалов, как Nafion®. Особенно важна долговечность для тяжелого грузового транспорта, где топливный элемент должен работать до 25 тыс. часов.
Чтобы сделать мембрану устойчивее, ученые армировали ее нетканым материалом из волокон сополимера винилиденфторида с тетрафторэтиленом. В отличие от традиционных подложек из политетрафторэтилена, такой армирующий материал не требует специальной обработки поверхности. Он хорошо смачивается раствором проводящего полимера, благодаря чему компоненты мембраны плотно соединяются и равномерно распределяются по ее толщине.
Армирование увеличило прочность мембраны в 1,8 раза и практически полностью подавило ее набухание в плоскости. При этом материал сохранил высокую протонную проводимость и не снизил мощность топливного элемента. Новая мембрана также оказалась устойчивее к воздействию свободных радикалов, чем неармированный аналог.
Благодаря подавленному плоскостному набуханию и повышенной химической стабильности, наша мембрана лучше противостоит деградации в реальных условиях эксплуатации, – отмечает научный сотрудник ИОНХ РАН, кандидат химических наук Анжелика Бедарькова. - Это открывает путь к созданию отечественных долговечных мембран, способных конкурировать с лучшими мировыми аналогами и обеспечивать надёжную работу топливных элементов в тяжёлом транспорте и стационарной энергетике.
Следующим этапом станут испытания мембран на длительную циклическую работу и устойчивость к деградации уже в условиях реальной нагрузки топливного элемента.
Результаты исследования, поддержанного Российским научным фондом (грант № 26-19-00316), опубликованы в журнале Materials Science & Engineering B.
Фото. Процесс получения мембран (автор фото Анжелика Бедарькова)
Источник: Минобрнауки России
