Мембранно-электродные блоки портативного топливного элемента для широкого диапазона условий эксплуатации

Объектом исследования является мембранно-электродный блок (МЭБ) топливного элемента с протонообменной мембраной (ПОМТЭ), а также его компоненты: электрокатализаторы и мембрана. Целью работы является исследование и оптимизация процессов, протекающих в МЭБ, путем модифицирования его состава и структуры для широкого диапазона условий эксплуатации. В работе использовали современные физическо-химические и электрохимические методы исследования: метод сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, рентгеновская порошковая дифракция, рентгенабсорбционная спектроскопия, метод малоуглового рентгеновского рассеяния, БЭТ анализ, термогравиметрический анализ, вольтамперометрия, импедансная спектроскопия, метод вращающегося дискового электрода. Разработанные в результате выполнения работы композитные материалы позволяют существенно расширить рабочий диапазон температур и влажностей входящих газов ПОМТЭ. Модифицирование электрокатализатора и протонообменной мембраны наночастицами диоксида кремния позволило в несколько раз увеличить стабильность работы ПОМТЭ условиях низкой влажности входящих реагентов (до 10 %) и повышенных температур (до 80 °С). Также впервые подробно изучено влияние циклов замораживания-оттаивания на модифицированные компоненты МЭБ, показана их повышенная устойчивость в данных условиях. Композитный МЭБ в составе ПОМТЭ может использоваться для ряда областей применения, включая стационарные автономные установки энергоснабжения удаленных регионов, в том числе Арктических территорий, водородный транспорт, малогабаритные устройства и беспилотные летательные аппараты.