ИСТИНА

Ни для кого не секрет, что большинство используемыех сегодня источноков энергии наносят ощутимый вред экологии планеты. Топливные элементы (ТЭ) на основе твердополимерных электролитов лишены этой проблемы и могли бы послужить отличной альтернативой. Однако для их полномасштабного внедрения в энергетику требуется решить ещё ряд проблем, которые делают производство ТЭ экономически нецелесообразным. Одна из таких проблем вызвана необходимостью увлажнения мембраны (она выполняет роль твердого электролита в ТЭ), что приводит к заначительному усложнению конструкции ТЭ и повышению его стоимости. Увлажнение необходимо в связи с тем, что даже лучшие на сегодняшний день протонообменные мембраны Nafion обладают слишком низкой протонной проводимостью при низкой относительной влажности. Также одной из проблем, связанных протонообменной мембраной, явлется кроссовер топлива, который уменьшает КПД ТЭ. Одним из способов решения этих проблем является создание мембран с градиентным распределением гидрофильных добавок по толщине образца. В качестве такой добавки было решено выбрать кислые соли гетерополикислот (ГПК), так как они обладают протонодонорными свойствами, а также сами обладают хорошей проводимостью. Целью данной работы было получение и исследование материалов на основе мембраны Nafion с градиентным распределением кислых солей ГПК состава MxH3-xPW12O40, MxH4-xSiW12O40 (M=Rb, Cs). Гибридные материалы с неоднородным распределением наночастиц допанта по толщине образца (20% от толщины мембраны содержали допант) были получены послойной отливкой из растворов. Сначала отливался раствор, не содержащий допанта, затем после его высыхания наносился раствор, содержащий наночастицы солей. Протонная проводимость таких мембран в контакте с водой практически не меняется по отношению к немодифицированной. Однако, в условиях низкой влажности такие мембраны показали более высокою проводимость по сравнению с исходной (рис 1). Также, для полученных образцов была измерена диффузионная проницаемость. Измерения проводили в двух направлениях – когда диффузия идет с немодифицированной (Pнемод) и модифицированной стороны (Pмод) (табл. 1). Присутствие допанта приводит к понижению диффузионной проницаемости по сравнению с исходной мембраной, что на фоне повышения проводимости говорит о повышении селективности переноса протонов. Кроме того, наблюдается асимметрия ионного переноса: диффузионная проницаемость ниже в случае, когда раствор кислоты находится со стороны модифицированного слоя. Так, максимальный коэффициент асимметрии – 19% – и минимальная диффузная проницаемость получены для мембраны, содержащей 3% CsxH3-xPW12O40 в модифицированной стороне. Также для этого образца были измерены коэффициенты диффузионной проницаемости соляной кислоты различной концентрации. Было установлено, что ассиметрия уменьшается с ростом концентрации от 52% для 0.05 М раствора HCl до 5% для 0.3 М раствора. Таким образом, полученные гибридные мембраны обладают большей протонной проводимостью и меньшей диффузионной проницаемостью по сравнению с исходной. Также для таких мембран наблюдается ассиметрия ионного переноса. Данные преимущества делают полученные мембраны подходящим твердым электролитом для ТЭ. Работа выполнена при финансовой поддержке Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России, Соглашение No 14.604.21.0122 (уникальный идентификатор: RFMEFI60414X0122).