Cоздана стабильная мембрана для топливных элементов
Сотрудники 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. Результаты исследования, поддержанного Российским научным фондом (грант № 26-19-00316), опубликованы в журнале Materials Science & Engineering B.
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 распространённых материалов, как Nafion®. Особенно важна долговечность для тяжёлого грузового транспорта, где топливный элемент должен работать до 25 тысяч часов.
Процесс получения мембран
Чтобы сделать мембрану устойчивее, исследователи армировали её 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 её толщине.
Армирование увеличило прочность мембраны в 1,8 раза и практически полностью подавило её 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.
Источник: пресс-служба Минобрнауки России.
