Совершенствование механизма проводимости перфторированных мембран для водородных топливных элементов

Водородная энергетика – интенсивно развивающаяся отрасль, которая приходит на замену традиционной углеводородной энергетике. В водородных топливных элементах центральным объектом является мембрана, пропускающая только протоны из подаваемого водородного топлива и не пропускающая электроны, которые создают поток заряженных частиц на внешнем контуре. В настоящее время применяются перфторированные мембраны из сополимера типа Нафион, которые активно исследуются для усовершенствования их электрохимических свойств. Рассматриваются различные пути модификации структуры Нафиона, состоящей из сети проводящих каналов в полимерной матрице, для достижения большей протонной проводимости мембран. Структура зависит от способа получения мембраны из сополимера, а сополимер с укороченными боковыми цепями (Аквивион) показал вдвое большую протонную проводимость и улучшенную температурную стабильность. Вариацией частоты боковых цепей показан оптимальный диапазон состава сополимеров для достижения лучших проводящих свойств. Ориентационная одноосная вытяжка мембран приводит к значительному росту протонной проводимости мембраны по выбранному направлению. В ходе работ по модификации мембран рассмотрено создание композиционных мембран с наполнителем в виде алмазных наночастиц с различными функциональными группами на поверхности (-COOH, -CH, -SO₃H, -CF). Получен эффект роста проводимости мембран до 50°С при наполнении алмазами в результате формирования дополнительной алмазной фазы в мембране, модифицирующей пути миграции протонов. Одновременно с ростом проводимости сохраняется механическая устойчивость мембран, что открывает перспективы для их практического применения в составе топливных элементов.