Исследовательская группа, в которую вошли специалисты Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Высшей школы экономики, Университета Саньяцена в Китае и Санкт-Петербургского политеха, разработала метод, позволяющий увеличить срок службы протонпроводящих мембран — ключевого элемента в топливных элементах. Эта технология приближает массовое внедрение водородной энергетики и снижает стоимость производства чистой энергии. Об этом «Жуковский.Life» рассказали в пресс-службе РАН.
В своей работе учёные впервые использовали новый российский фторполимер с сульфогруппами, созданный ООО «МТБ Технолоджи». Его структура напоминает Nafion — популярный во всём мире материал для мембран, но теперь обработанный фтором материал стал заметно устойчивей к воздействию перекисных радикалов, которые разрушают мембрану в процессе работы топливного элемента.
Вопрос перехода на альтернативные и более экологичные источники энергии напрямую связан со снижением выбросов парниковых газов и требует новых решений для накопления, хранения и преобразования энергии. Топливный элемент — один из главных претендентов на замену двигателей внутреннего сгорания в машинах, грузовиках, автобусах и кораблях. Его «сердце» — протонпроводящая мембрана, которая переносит протоны между электродами и обеспечивает работу устройства. Для этих целей используют специальные фторполимеры с сульфогруппами, однако срок их службы до недавнего времени оставался ограниченным из-за химической неустойчивости материала.
Совместное исследование позволило доказать: если обработать перфторсульфополимеры фтором, слабые места в их структуре переходят в более стабильную форму.
В результате, изготовленные из такого материала мембраны демонстрируют характеристики, сопоставимые с импортными образцами, а мощность топливного элемента с новой мембраной оказалась на 20 процентов выше, чем на стандартных аналогах.
Как поясняет доктор химических наук Екатерина Сафронова, если обычный полимер оставить без дополнительной обработки, его отдельные химические связи остаются уязвимыми к воздействию свободных радикалов. Со временем мембрана истончается, а важные для работы группы разрушаются, что приводит к снижению мощности и ускоренному выходу устройства из строя.
Новая технология фторирования укрепляет эти связи, делая мембрану значительно более долговечной и эффективной.
Недавние эксперименты показали: новая мембрана сохраняет свойства и стабильность даже в условиях длительной эксплуатации водородно-воздушных топливных элементов. Это серьёзный шаг для развития отечественных технологий создания мембран для топливных ячеек и водных электролизёров. По словам учёных, в будущем планируется наладить серийное производство мембран большого размера для коммерческого применения в энергетике и промышленности.
Российские физики создали уникальные вакуумные насосы для синхротрона СКИФ. Первые испытания показали, что устройства способны выкачивать водород со скоростью 1300 литров в секунду и дейтерий — 700 литров в секунду.