ИСТИНА

Ионообменные мембраны типа Nafion в настоящее время востребованы для многих технологических процессов, а также при создании топливных элементов и сенсорных систем. Для улучшения транспортных характеристик и стабильности таких мембран в их поры вводят различные допанты. Показано, что допирование мембран Nafion кислыми солями гетерополикислот (ГПК) приводит к повышению их протонной проводимости и снижению диффузионной проницаемости без ухудшения механических свойств [1]. Значительный интерес имеет получение гибридных материалов с градиентным распределением допанта, которые могут обладать асимметрией ионного транспорта. Целью настоящей работы является синтез и исследование транспортных свойств гибридных материалов на основе мембраны Nafion с градиентным распределением кислых солей ГПК по толщине образца, а также мощностных характеристик топливных элементов на их основе. Гибридные материалы с неоднородным распределением наночастиц допанта по толщине образца (0-65 % от толщины мембраны содержали допант) были получены послойной отливкой из растворов. Сначала отливали раствор, не содержащий допанта, затем после его высыхания наносили раствор, содержащий наночастицы солей. Для всех полученных гибридных мембран проводимость при низкой влажности выше, чем для исходной Nafion в 2.5-2.7 раз, причем при фиксированной толщине модифицированного слоя она практически не отличается для разных допантов (Рисунок 1). Зависимость проводимости от толщины модифицированного слоя немонотонна и проходит через максимум при 35% (Рисунок 2). Измерения диффузионной проницаемости 0.1 М раствора HCl через мембраны показали, что для всех образцов диффузионная проницаемость понижается по сравнению с немодифицированной мембраной Nafion вне зависимости от их ориентации по отношению к диффундирующему раствору. При этом наблюдается асимметрия ионного переноса: скорость диффузии оказывается выше в случае, когда кислота диффундирует с немодифицированной стороны (Таблица 1). Вероятной причиной этого является более выраженный градиент концентрации допанта. Испытания мембран на модельном топливном элементе показали, что при низкой влажности мощность мембранно-электродного блока (МЭБ) на основе гибридной мембраны заметно превышает таковую для Nafion. При этом более высокая мощность МЭБ достигается при ориентации мембран модифицированной стороной к водороду. Таким образом, в результате работы получены новые гибридные протонообменные мембраны, отличающиеся лучшими транспортными характеристиками по сравнению с коммерческой немодифицированной мембраной Nafion.