Исследователи Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН совместно с коллегами разработали новый тип мембран для водородных топливных элементов, который может сыграть важную роль в создании более эффективной и экологичной энергетики. Об этом «Жуковский.Life» рассказали в пресс-службе РАН.
Созданный материал — фторполимер с сульфогруппами, в который введены частицы кремнезёма и неорганическая кислота. Такая комбинация обеспечивает стабильную работу при высокой и при низкой влажности, что ставит её выше традиционных материалов, требующих постоянного увлажнения.
Введение неорганических частиц в полимер позволяет увеличить выходную мощность элемента, особенно в условиях пониженной влажности, а также сделать размеры мембраны более стабильными при изменении содержания воды в материале.
Переход многих стран на чистую энергетику направлен на снижение выбросов CO2, и водородные топливные элементы рассматриваются как одно из перспективных решений. Эти устройства преобразуют химическую энергию водорода и кислорода в электричество без вредных выбросов — в процессе образуются только вода и тепло. Для массового внедрения технологии необходимы долговечные и эффективные протонообменные мембраны, разделяющие анод и катод. На аноде молекулы водорода распадаются на протоны и электроны; протоны проходят через мембрану к катоду и в сочетании с кислородом образуют воду, а высвобождаемая энергия превращается в электрический ток.
В настоящее время широко применяются перфторсульфоновые полимеры, которые эффективно проводят протоны при достаточной влажности, но значительно теряют проводимость при относительной влажности порядка 60 % и ниже. Кроме того, такие материалы подвержены расширению и сжатию при колебаниях влажности, что со временем приводит к их разрушению. Поэтому задача улучшения свойств мембран остаётся актуальной.
Авторы предложили гибрид на базе полимера Aquivion, добавив в него наночастицы кремнезёма и цезиевую соль фосфорновольфрамовой кислоты — соединения, содержащего фосфор и вольфрам. Эти компоненты выполняют двойную функцию: ограничивают изменение размеров мембраны при колебаниях влажности и усиливают её работоспособность в сухих условиях.
Далее материалы протестировали на способность проводить протоны и на работу в реальных элементах. Топливные элементы с новыми мембранами показали при относительной влажности 30 % мощность в 3,9–5,3 раза выше по сравнению с традиционными аналогами. Кроме того, предложенный композит продемонстрировал значительно лучшую механическую стабильность: объём материала практически не менялся при изменении влажности.
Ученые создали в лаборатории редкий суперспирт из глубин космоса. Из-за своей нестабильности и склонности быстро распадаться под светом, метантетрол удалось зафиксировать лишь на короткое время.