Одним из необходимых компонентов топливного элемента — устройства, преобразующего химическую энергию в электрическую, — служит протонпроводящая мембрана. Сами топливные элементы важны в контексте перехода на экологичное топливо, поскольку побочными продуктами этих элементов выступают тепло и вода. В этом их принципиальное отличие от традиционных двигателей внутреннего сгорания, которые выбрасывают в воздух выхлопные газы. Поэтому разработка эффективных мембран сейчас стала одним из приоритетных направлений в области альтернативной энергетики.
Ученые Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова (ИОНХ) РАН, вместе с коллегами из ВШЭ, Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина (ИФХЭ) РАН и Нью-Йоркского университета в Абу-Даби представили новый тип протонпроводящих мембран.
Мембрана служит необходимым барьером, разделяющим жидкую и газообразную фазы. Проводимость означает способность пропускать различные компоненты или частицы через себя, причем делать это избирательно. Если говорить о протонпроводящих мембранах, то, как следует из названия, ее функция — переносить протоны. Соответственно, проводимость мембраны — один из основных показателей ее эффективности.
Новая мембрана создана но основе полимера c добавлением неорганических элементов — именно это стало основным нововведением. Об этом «Научной России» рассказала Екатерина Сафронова, старший научный сотрудник лаборатории ионики функциональных материалов ИОНХ РАН.
«Мы использовали полимер с высоким содержанием сульфогрупп. Обычно это позволяет добиться более высокой проводимости мембран. Но негативным аспектом становится снижение стабильности мембран при изменении температуры или уровня влажности. В нашем подходе мы предложили добавлять в такие мембраны неорганические добавки, и именно эти добавки позволили стабилизировать размеры мембраны при изменении внешних условий. Кроме того, мы смогли увеличить проводимость таких мембран. В конечном итоге мы получили выигрыш в 1,5 раза по сравнению с коммерческими аналогами», — рассказала Екатерина Сафронова.
Как объяснила исследовательница, обычно, когда количество сульфогрупп повышается и, соответственно, увеличивается проводимость, снижается стабильность размеров — это два конкурирующих процесса. В новой же разработке удалось решить эту проблему и сделать мембрану с высокой проводимостью более стабильной. Использование таких мембран в топливных элементах повысит мощность устройств и сделает их более независимыми от внешних условий.
«Такие мембраны могут быть использованы в качестве электролитов в топливном элементе. Преимущество будет в более высокой мощности таких устройств. Кроме того, мембраны могут работать при недостаточном увлажнении. Все это позволит сделать систему подачи увлажненных газов гораздо проще, а вырабатываемую энергию — дешевле», — отметила Екатерина Сафронова.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
