Ученые раскрыли тайну полимерных нитей в топливных элементах

 

Группа российских и австралийских исследователей объяснила причину падения эффективности водородных топливных элементов при использовании мембраны на основе полифторэтилена с боковыми сульфогруппами (нафионная) для разделения анода и катода.

Водородные ТЭ являются привлекательным источником, непрерывно подающим энергию удаленным объектам, вроде космических кораблей и метеорологических станций. Однако, их эффективность падает при использовании для разделения электродов нафионной мембраны, которая разбухает при контакте с водой, сообщает sciencedaily.com. В новом исследовании ученые из России и Австралии показали, что в структуре распутывается часть волокон. Они затем высовываются с поверхности мембраны в воду на несколько сот микрон.

Исследование было проведено под руководством группы российских специалистов и профессора Барри Нинхама из Австралийского национального университета Канберры. Выводы проекта представлены в The Journal of Chemical Physics.

Команда начала работу с рассмотрения гипотезы о новом состоянии воды, объясняющей распухание мембраны. Вместо ее доказательства, ученые первыми описали выступание полимерных волокон при взаимодействии структуры с жидкостью. Количество выбившихся нитей растет в зависимости от концентрации дейтерия в воде.

«Для лучшего понимания этих мембран нам нужно было описать взаимодействие жидкости и полимера на молекулярном уровне, — сказал Николай Бункин. – Теперь, когда мы знаем структуру «зоны отчуждения», то можем менять свойства нафионного разделителя, изучая изменения, вызванные ион-специфическими (Гофмейстера) влияниями на его организацию и функции».

Пористость материала позволяет пропустить большое количество электролитного раствора, одновременно обеспечивая разделение анода и катода. За счет этого создается поток электронов и выработка энергии.

Исследователи выяснили, что мембрана особенно чувствительна к дейтерию в воде, который ведет к распутыванию волокон. Особенно сильно эффект заметен при концентрации элемента в пределах 100-1000 частей на миллион.

Для проекта команда создала специальный лазерный инструмент, фотолюминесцентный ультрафиолетовый спектроскоп. Хотя он не позволил увидеть отдельные волокна, снимки зафиксировали их рост в воде.

«Работа может открыть двери в основные области биологии и производства энергии, о которых мы раньше не знали», — сказал Бункин.

контакты

107076, Россия, Москва
ул. Электрозаводская, 33, стр. 4