студент
Россия
В работе отражён перечень полимерных материалов, применяемых в мировой практике для создания протонпроводящих мембран для низкотемпературных топливных элементов. Проведён анализ строения, физико-химических свойств, условий синтеза полимеров и эксплуатационных характеристик получаемых на их основе мембран
топливные элементы, твёрдополимерные электролиты, полимеры, сополимеры, протогенные группы
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. Архангельский, И.В. Низкотемпературные топливные элементы с протон-проводящей полимерной мембраной / И.В. Архангельский, Ю.А. Добровольский, Т.Н. Смирнова. – Москва: МГУ, 2007 – 84 с. – Текст : непосредственный.
2. Бегунов, Р.С. Твердополимерные электролиты для топливных элементов: строение и свойства / Р.С. Бегунов, А.Н. Валяева // Башкирский химический журнал. – 2012. №4 (19). − С. 119-139. – Текст: электронный. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tverdopolimernye-elektrolity-dlya-toplivnyh-elementov-stroenie-i-svoystva/viewer (дата обращения 28.06.2023).
3. Малахова Е.А. Протонпроводящие полимерные мембраны для топливных элементов / Е.А. Малахова, М.А. Черниговская, Т.В. Раскулова // Вестник АнГТУ. – 2015. №9. − с. 37-42. – Текст: непосредственный.
4. Лебедева О.В. Протонпроводящие мембраны для водородно-воздушных топливных элементов / О.В. Лебедева // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. – 2016. – №1 (16). − С. 7-19. – Текст : непосредственный.
