student
Russian Federation
The work reflects a list of polymer materials used in the world to create proton-conducting mem-branes for low-temperature fuel cells. An analysis of the structure, physicochemical properties, condi-tions for the synthesis of polymers and operational characteristics of the membranes obtained on their basis was carried out
fuel cells, solid polymer electrolytes, polymers, copolymers, protogenic groups
Химия и электроэнергетика совместно решают комплексную научно-техническую задачу создания экологически безопасных устройств по производству электрической энергии с высоким КПД. Перспективным направлением уже несколько десятилетий является продвижение электрохимического способа, реализуемого в топливных элементах (ТЭ). Особое внимание уделяется совершенствованию низкотемпературных ТЭ (НТТЭ) с твёрдополимерным электролитом – мембраной, обеспечивающей разделение катодного и анодного пространств, ионную проводимость электролита, механическую прочность конструкции. Изменением типа входящих в структуру мембран компонентов возможна модификация их проводящих, механических, химических свойств. Цель данной работы – анализ литературных источников о применяемых для создания твёрдополимерных протонпроводящих мембран (ТППМ) типах полимеров.
Мембраны по строению главной полимерной цепи и характеру связи протогенных групп с полимерной матрицей подразделяют на мембраны с алифатическими или ароматическими фрагментами в цепи, с ковалентносвязанными протогенными группами или комплексы кислота/основный полимер [1-4].
К мембранам с ковалентносвязанными протогенными сульфогруппами, и алифатическими фрагментами в главной полимерной цепи относят фторсодержащие мембраны Nafion и его аналоги: Aciplex, Flemion, Fumapem, МФ-4СК, Dow Filmtec, Aquivivon, BAM3G; нефторированные мембраны, например, сульфированный триблок-сополимер на основе стирол-этилен/бутилен-стирола (SEBS) или поливиниловые спирты, этерифицированные фенолсульфокислотами. Сульфированные ароматические фрагменты в главной полимерной цепи присутствуют в поли(феноксибензоил)-п-фенилене; поли-п-ксилилене; полифениленсульфиде; полифениленоксиде; полиэфирэфиркетоне; полиэфирэфирсульфоне; полибензимидазоле; полифенилхиноксалине; полисульфоне; полиариленэфирсульфоне; полиэфирэфиркетонкетоне; полиимиде.
Группа мембран на основе азот- и фосфорсодержащих полимерных фрагментов – ароматических гетероцепных полимеров – включает полимеры с ковалентносвязанными сульфогруппами и кислотно-основными комплексами, т.е. полимеры, допированные минеральными кислотами. К ним принадлежат сульфированные фталевые и нафталевые полиимиды; поли(n-фенилентерефталамид-N-пропансульфонат), поли(n-фенилентерефталамид-N-бензилсульфонат), поли(2,2’-м-фенилен-би(N-сульфобензил)бензоимидазол-5,5’-диил); допированный фосфорной кислотой поли[2,2’-(м-фенилен)-5,5’-дибензимидазол]. Ковалентносвязанные атомы фосфора с ароматическими фрагментами цепей полимеров присутствуют в фосфоэтилированном поли[окси-3,3-бис(4’-бензимидазол-2’’-илфенил)фталид-5’’(6’’)-дииле], фенилзамещенных полифениленах с введёнными фосфонатными группами, в полифосфазенах (полифосфонитрилах) – полимерах, содержащие фосфазогруппы.
Внушительный объём исследований по синтезу и изучению свойств полимерных веществ, используемых в создании ТППМ, пока не решил вопрос массового выпуска НТТЭ, т.к. каждый вновь предлагаемый для получения ТППМ полимерный материал по комплексу свойств пока проигрывает материалам коммерчески выпускаемых мембран. Прогресс здесь связывают с разработкой органо-неорганических амфифильных гибридных мембран с включением наноразмерных оксидов Si, Ti, Zr, Al, цеолитов, кремнийорганических мономеров, твердых гетерополикислот, фосфатов циркония, кислых сульфатов.
1. Arhangel'skiy, I.V. Nizkotemperaturnye toplivnye elementy s proton-provodyaschey polimernoy membranoy / I.V. Arhangel'skiy, Yu.A. Dobrovol'skiy, T.N. Smirnova. – Moskva: MGU, 2007 – 84 s. – Tekst : neposredstvennyy.
2. Begunov, R.S. Tverdopolimernye elektrolity dlya toplivnyh elementov: stroenie i svoystva / R.S. Begunov, A.N. Valyaeva // Bashkirskiy himicheskiy zhurnal. – 2012. №4 (19). − S. 119-139. – Tekst: elektronnyy. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tverdopolimernye-elektrolity-dlya-toplivnyh-elementov-stroenie-i-svoystva/viewer (data obrascheniya 28.06.2023).
3. Malahova E.A. Protonprovodyaschie polimernye membrany dlya toplivnyh elementov / E.A. Malahova, M.A. Chernigovskaya, T.V. Raskulova // Vestnik AnGTU. – 2015. №9. − s. 37-42. – Tekst: neposredstvennyy.
4. Lebedeva O.V. Protonprovodyaschie membrany dlya vodorodno-vozdushnyh toplivnyh elementov / O.V. Lebedeva // Izvestiya vuzov. Prikladnaya himiya i biotehnologiya. – 2016. – №1 (16). − S. 7-19. – Tekst : neposredstvennyy.
