Исследователи МФТИ совместно с Томским политехом, компанией «Инэнерджи» и рядом партнёров разработали новый тип протонообменной мембраны на основе нановолокон. Результаты работы опубликованы в журнале Advanced Engineering Materials.
Такие мембраны являются ключевым элементом топливных ячеек, от их свойств напрямую зависят долговечность, эффективность и безопасность водородных энергетических установок.
Что удалось улучшить
Главная проблема современных топливных элементов — баланс между высокой производительностью и прочностью мембраны. Тонкие материалы хорошо проводят протоны, но быстро разрушаются из-за температурных колебаний и механических нагрузок.
Учёные решили эту задачу с помощью технологии самоармирования. Вместо введения внешних связующих они создали ионоактивный каркас: нановолокна одновременно усиливают мембрану и не препятствуют переносу протонов.
Как отметила заведующая лабораторией технологий ионообменных мембран МФТИ София Морозова, удалось существенно повысить механическую прочность и газобарьерные свойства при минимальной потере проводимости.
Технология изготовления
Композитная мембрана создана на основе:
- иономера Aquivion — высокопроводящего перфторсульфонового полимера;
- электропряденых нановолокон ПВДФ–ТФЭ — материала с высокой размерной стабильностью.
Метод включал электропрядение, пропитку жидкой дисперсией иономера, прессование и вакуумный отжиг. Полученный материал сочетает жёсткость нановолокон с высокой протонной проводимостью Aquivion.
По результатам испытаний:
- протонная проводимость составила 86 мСм·см⁻¹ при 80 °C и 100% влажности (у чистого Aquivion — 100 мСм·см⁻¹);
- проницаемость для водорода значительно снизилась;
- мембрана стала менее подвержена разбуханию и деформациям.
В мембранно-электродной сборке композитная мембрана показала 534 мВт·см⁻² при токовой плотности 1,2 А·см⁻², что сопоставимо с 571 мВт·см⁻² у коммерческой Nafion 211.
Где можно применять новую мембрану
Благодаря повышенной прочности и устойчивости такая мембрана перспективна для:
- автомобильных топливных элементов;
- автономных энергоустановок;
- резервных систем для удалённых районов, включая Арктику;
- промышленных энергетических установок.
Работа российских учёных открывает путь к созданию более надёжных водородных систем и повышает конкурентоспособность отечественных технологий в области новых материалов и энергоносителей.
Интересна тема?
Подпишитесь на наши новости: Блог | Telegram | VK | Дзен
Продаете и покупаете промышленные товары, сырьё, материалы и оборудование? Ищем производителей и предпринимателей: Маркетплейс Первая Миля | Подробнее
Для обращений и предложений: info@cargo.sale / 8-800-3333-260