Особенности строения перфторированных мембран по данным малоуглового рассеяния нейтронов

Последние десятилетия показали преимущества перфторированных мембран с -SO₃H группами среди различных низкотемпературных мембранных материалов для использования в топливных элементах. Развитие водородной энергетики инициировало исследования перфторированных мембран, основанных на сополимерах с укороченной боковой цепью (short side chain, SSC), в то время как ранее внимание было сфокусировано в основном на мембранах типа Нафион, с длинной боковой цепью (long side chain, LSC).

Мембраны SSC сложнее в получении, но обладают рядом преимуществ, особенно в сочетании с использованием новой водно-эмульсионной технологии синтеза.

Малоугловое рассеяние нейтронов (МУРН) на SSC мембранах показало особенности их тонкой структуры. Общие элементы структуры для SSC мембран подобны наблюдаемым для LSC мембран – регулярно расположенные цилиндрические каналы, образующие упорядоченную структуру. Различия SSC и LSC мембран проявляются в более тонких каналах для SSC образцов, наряду с большей протонной проводимостью, сближенным соседним каналам и различной геометрии каналов, которая значительно варьируется от слегка искривленных до разветвленных. В соответствии с экспериментами МУРН на LSC и SSC мембранах, приготовленных различными методами, мы отмечаем, что большая плотность распределения каналов, меньшая толщина и большая динамичность каналов при увлажнении сопровождаются большими значениями протонной проводимости. Также изучаются структурные особенности SSC мембран, модифицированных ориентационной вытяжкой, для которых характерно увеличение протонной проводимости вследствие дополнительного упорядочения внутреннего строения.