Специалисты из Института общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова РАН совместно с коллегами из НИУ "Высшая школа экономики", Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого и китайского Университета имени Сунь Ятсена предложили способ повышения стабильности проводящих протоны мембран для топливных элементов, что позволит продлить срок службы устройств, снизить себестоимость вырабатываемой энергии и, соответственно, приблизить переход к водородной энергетике.
Водородные топливные элементы рассматриваются в качестве основной альтернативы двигателям внутреннего сгорания для транспортных средств различного класса. В основе этой технологии лежит мембрана, которая служит для разделения топлива и переноса протона от положительно заряженного электрода к отрицательно заряженному электроду. Обычно для этого используют содержащий фтор полимер с сульфогруппами, обеспечивающими перенос протонов. Но такие топливные элементы недолговечны. Решением может стать повышение химической стабильности мембраны.
Авторы представили результаты исследования стабилизации перфторсульфополимеров, произведенных в России, за счет обработки их фтором. Воздействие фтором позволило перевести уязвимые для атаки радикалов группы в более стабильное состояние. Полученные из обработанного материала мембраны показали характеристики, сопоставимые с таковыми для коммерческого аналога иностранного производства, причем мощность элемента на новой лабораторной мембране оказалась на 20% выше, чем у аналога.
Синтезированный полимер содержит некоторое химические связи, уязвимые к воздействию свободных радикалов. Если из такого материала сразу изготовить мембрану, со временем ее свойства начнут ухудшаться. Толщина будет уменьшаться, а функциональные группы, обеспечивающие протонный транспорт, разрушатся. В результате мощность топливного элемента падает, а срок его службы сокращается. Фторирование стабилизирует слабые связи и делает их устойчивыми к атаке радикалов.
Мембраны, полученные из такого полимера, демонстрируют повышенную стабильность и сохраняют свои свойства в течение длительного времени. Новая разработка позволяет значительно увеличить ресурс топливных элементов, что снижает стоимость вырабатываемой энергии. Это важный шаг на пути к массовому внедрению водородных технологий, которые могут стать основой экологически чистой и эффективной энергетики будущего.
Результаты показывают, что фторирование может значительно улучшить стабильность проводящих протоны мембран в условиях эксплуатации топливных элементов. В дальнейшем планируется возможность получения такого типа мембран большого размера.
