Российские ученые создали прочную наномембрану для водородной энергетики — Экологические новости на ECOportal.su
Новая разработка российских материаловедов обещает повысить долговечность и безопасность водородных топливных элементов.
Инновационная мембрана эффективно проводит ионы и при этом устойчива к нагрузкам, что особенно важно для транспорта.
Иллюстрация: Lintao Zhang/ Getty Images
Российские исследователи разработали композитную протонообменную мембрану на основе нановолокон, которая сочетает высокую протонную проводимость с повышенной прочностью и долговечностью. Это достижение открывает путь к созданию более эффективных и надежных водородных топливных элементов.
«Нам удалось существенно улучшить механические свойства и газобарьерные характеристики, пожертвовав лишь небольшой долей протонной проводимости. Это позволяет создавать топливные элементы с увеличенным ресурсом, которые смогут работать в более жестких условиях, что особенно важно для автомобильного транспорта и систем автономного энергоснабжения», — заявила заведующая лабораторией технологий ионообменных мембран МФТИ Софья Морозова.
Топливные элементы являются перспективным способом хранения и преобразования энергии, где электричество генерируется в результате химических реакций. Ключевым компонентом таких устройств является специальная мембрана, которая пропускает протоны — положительно заряженные ионы водорода.
Свойства этой мембраны напрямую влияют на производительность и срок службы топливной ячейки. Тонкие мембраны обеспечивают лучшую проводимость, но они более хрупкие и чувствительные к перепадам температуры и влажности, что может привести к образованию микротрещин и утечке водорода.
Решение без компромиссов
Обычно для укрепления мембраны используются армирующие волокна, но это ухудшает ее способность проводить ионы. Российские ученые нашли способ избежать этого компромисса, создав самоармирующую мембрану. Они разработали нановолокна из смеси прочного фторполимера и ионопроводящего вещества, которые сами участвуют в транспорте протонов.
«Наша идея заключалась в создании так называемого самоармирования. Вместо того чтобы вводить в проводящую среду инородный элемент, мы сделали сам каркас ионоактивным. Волокна придают мембране жесткость и устойчивость к разбуханию, а поскольку они сами содержат иономер, то не создают "мертвых зон" для транспорта протонов. Это позволило нам обойти классический компромисс и получить материал, прочный и эффективный одновременно», — добавила Морозова.
Эксперименты подтвердили, что новая мембрана почти не уступает в проводимости чистому ионопроводящему материалу, но при этом значительно меньше разбухает в воде и имеет минимальный риск утечки водорода. Это открывает большие перспективы для создания более долговечных и безопасных водородных энергетических систем.
Источник: ecoportal.su
