Изучена термоокислительная устойчивость мембран на основе поли-1-винил-1,2,4-триазола и фенол-2,4-дисульфокислоты. Показано, что повышение содержания кислоты в мембране приводит к увеличению термической стабильности за счет образования кислотно-основных комплексов
протонообменная мембрана, поли-1-винил-1,2,4-триазол, фенол-2,4-дисульфокислота, термоокислительная устойчивость
На основе поли-1-винил-1,2,4-триазола с добавками ортофосфорной кислоты, толуолсульфокислоты, полистиролсульфокислоты [1], получен ряд стабильных ионoпроводящих мембран с проводимостью от 2,2∙10–4 до 3,3∙10–2 См∙см-1, которые могут применяться не только в топливных элементах, но и в других электрохимических системах.
Одной из основных характеристик протонпроводящих мембран является термическая устойчивость при рабочих температурах топливного элемента. Нами была изучена устойчивость к термоокислительной деструкции протонпроводящих мембран по типу кислота–основание на основе поли-1-винил-1,2,4-триазола (ПВТ) и фенол-2,4-дисульфокислоты (ФДСК) при нагревании на воздухе. Термический анализ проводили на синхронном термическом анализаторе “STA 449 Jupiter” фирмы «Netzsch» при скорости нагревания на воздухе 10 град/мин.
На термогравиметрических кривых (ТГ) исходного ПВТ имеются три характерные области в интервалах температур 50-160, 350-520 и 520-680 °C. Начало термоокислительной деструкции полимера наблюдается при температуре 350 °C.
На термограммах мембран (рисунок 1), аналогично термограммам ПВТ, имеется три участка, соответствующих различным стадиям разложения образца. В сравнении с чистым ПВТ, термическая стабильность мембран снижается, что связано с присутствием в их составе фрагментов сульфокислот.
Рисунок 1 – Кривые ТГ мембран:
1 – ПВТ–ФДСК (10:90),
2 – ПВТ–ФДСК (40:60),
3 – ПВТ–ФДСК (80:20)
(в скобках указан мольный состав мембраны)
Образование кислотно-основных комплексов ПВТ-сульфокислота в ходе формирования мембраны способствует дополнительной стабилизации мембран и приводит к повышению их термической стабильности. Об этом свидетельствует повышение температуры второй стадии деструкции мембраны при увеличении удельного содержания ФДСК в ее составе. Для мембраны, содержащей 20 % мол. ФДСК, температура второй ступени деструкции составляет 130 °С. Максимальная температура (260 °С) характерна для мембраны, содержащей 90 % мол. ФДСК. Очевидно, что повышение содержания ФДСК в составе мембран приводит к повышению стабильности кислотно-основных комплексов ПВТ-ФДСК, результатом чего является повышение термической стабильности мембран.
1. Celik, S. U. Phosphoric acid-doped poly(1-vinyl-1,2,4-triazole) as water-free proton conducting polymer electrolytes / S. U. Celik, A. Aslan, A. Bozkurt. // Solid State Ionics. - 2008. - V. 179. - рр. 683-688.
