Команда ученых Института общей и неорганической химии имени Курнакова РАН, Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» и Института физической химии и электроники имени Фрумкина разработали новый тип мембран для водородных топливных элементов. Они могут одинаково эффективно работать при высокой и низкой влажности.
Мембрана, разделяющая водород и кислород и пропускающая только протоны, — важный компонент топливного элемента. Благодаря ей становится возможным превращать химическую энергию в электрическую. Сегодня чаще применяют мембраны на основе перфторсульфополимеров — фтор- и серосодержащих органических соединений. Они эффективно работают при достаточном увлажнении, но когда влажность уменьшается до 60%, начинают хуже пропускать протоны. К тому же при изменении влажности такие мембраны расширяются и сжимаются, что ведет к их постепенному разрушению.
Исследователи решили проблему нехватки увлажнения мембран, предложив гибридный материал на основе полимера Aquivion. В него добавили неорганические компоненты —кремнезем в виде наночастиц и цезиевую соль фосфорновольфрамовой кислоты (соединения, содержащего фосфор и вольфрам). В результате удалось стабилизировать структуру мембран, ограничив изменение размеров материала при колебании влажности, а также улучшить эффективность его работы в «сухих» условиях.
Тесты показали, что при влажности около 30% электрическая мощность топливных элементов с новыми мембранами в 3,9–5,3 раза больше по сравнению с традиционными аналогами. Исследования также показали, что новый материал не деформировался при колебаниях влажности.
Ученые надеются, что их разработка ускорит массовое внедрение технологий водородной энергетики.
