Новая мембрана из полибензимидазола, сшитая с помощью бензоксазина, позволила существенно повысить долговечность щелочных электролизеров. В ходе испытаний установка с такой мембраной стабильно проработала более 1900 часов, а показатель проникновения водорода через нее увеличивался почти в четыре раза медленнее, чем при использовании обычной мембраны. Разработку представили ученые из Корейского института энергетических технологий и Национального университета Кенсан в Южной Корее.
Полибензимидазол уже используется для создания мембран щелочных электролизеров, в которых вода с помощью электрического тока расщепляется на водород и кислород. Мембрана располагается между электродами, обеспечивает перенос ионов и одновременно препятствует смешиванию образующихся газов. Однако одним из слабых мест полибензимидазола остается долговечность. В предыдущих исследованиях обычные мембраны из этого материала стабильно работали менее 300 часов.
Чтобы замедлить разрушение материала, ученые использовали в качестве сшивающего компонента бензоксазин. Это органическое соединение способно при нагревании образовывать прочные химические связи между полимерными цепочками. В результате формируется более устойчивая сетчатая структура материала. Новый способ сшивки не затрагивает участки полибензимидазола, которые отвечают за поглощение щелочного раствора и перенос ионов. Благодаря этому материал становится прочнее, сохраняя высокую ионную проводимость.
Ученые изготовили мембраны с содержанием бензоксазина 20% и 40%. Их ионная проводимость оказалась заметно выше, чем у обычной мембраны, однако увеличение доли бензоксазина имело и обратный эффект. Вариант с 40% добавки пропускал больше водорода. Поэтому для проверки долговечности была выбрана мембрана с 20% бензоксазина.
Ее испытывали в 10% растворе гидроксида калия при 60 oC. За 1900 часов доля водорода, проникающего на кислородную сторону, увеличилась примерно с 0,9% до 2,95%. У обычной мембраны этот показатель вырос с 0,99% до 2,93% всего за 502 часа. Таким образом, скорость его роста удалось снизить почти в четыре раза.
Полностью предотвратить износ материала при этом не удалось. За 1900 часов толщина новой мембраны сократилась примерно на 54%. Однако обычная мембрана истончилась примерно до такой же толщины всего за 500 часов.
В дальнейшем технологию предстоит доработать, чтобы еще сильнее замедлить разрушение мембраны и сохранить баланс между высокой ионной проводимостью и низкой проницаемостью для водорода.
