Российские учёные создали композитную протонообменную мембрану, которая сочетает высокую производительность и долговечность для топливных элементов. Разработка решает старую проблему выбора между мощностью и прочностью, сообщили «Жуковский.Life» в пресс-службе МФТИ. В основе прорыва — армирующий каркас из уникальных нановолокон.
Новая мембрана выполняет в топливном элементе роль и сепаратора, и электролита. Для инженеров десятилетиями стояла дилемма: тонкая мембрана хорошо проводит протоны, но хрупка, а усиленная — теряет в эффективности. Коллектив из МФТИ, ЦПХФ и МХФ РАН, МИСИС, ТПУ и компании «Инэнерджи» предложил инновационное решение.
«Топливные элементы с протонообменной мембраной привлекают значительное внимание как жизнеспособная альтернатива традиционным источникам энергии. Производительность таких топливных элементов неразрывно связана с характеристиками полимерной мембраны, выполняющей в них как роль сепаратора, для которого важна механическая прочность и низкая водородная проницаемость, так и роль электролита, чья протонная проводимость напрямую отражается на мощности устройства. В нашей работе мы сосредоточились на поиске баланса между проводящими и механическими свойствами, чтобы обеспечить повышенную безопасность топливного элемента и при этом сохранить его высокую эффективность. Электроспиннинговое волокно с иономером в составе позволило нам укрепить полимерную матрицу мембраны без значительной потери проводимости», — рассказала об исследовании Вера Пузакова, студентка магистратуры МФТИ, инженер-исследователь лаборатории технологий ионообменных мембран МФТИ.
Учёные создали каркас методом электроспиннинга — волокна толщиной в нанометры сплели в высокотехнологичный «войлок». Уникальность в том, что волокна сами состоят из проводящего иономера, что исключает появление «мёртвых зон». Этот каркас пропитали иономером, получив прочную и прозрачную плёнку. Испытания показали, что прочность мембраны выросла, а водородная проницаемость снизилась, что критично для безопасности. При этом её мощность оказалась сопоставима с лучшими коммерческими аналогами. Разработка открывает путь к созданию более надёжных водородных двигателей для транспорта и автономного энергоснабжения.
Помимо этого, коллектив учёных из МФТИ разработал ещё и инновационные наночастицы на основе ДНК, способные точно отличать раковые клетки от здоровых. Эти «умные» агенты целенаправленно уничтожают патогены и злокачественные образования, минимизируя ущерб для окружающих тканей. Прорывная технология открывает новые перспективы для терапии онкологических заболеваний с помощью высокоточного воздействия.