Отчет о научно-исследовательской работе «Создание и исследование эффективных водородно-воздушных низко- и среднетемпературных твердополимерных топливных элементов и энергонакопительных систем с использованием новых мембранных, каталитических и электродных материалов»

Цель: разработка концепции получения, модификации и измерение электрофизических, электрохимических свойств функциональных композитных компонентов ТПТЭ и ПК. Проведена физическая и химическая сшивка поливинилового спирта (ПВС). При химической сшивки ПВС использовались сшивающие агенты: 2-фуральдегид (фурфурол), фосфорная кислота. Выявлено, что химически сшитые пленки ПВС не растворялись в воде. Изготовлены ионопроводящие композитные силикофосфатные мембраны с модифицированным ПВС. Электропроводность протонпроводящей композитной мембраны ТПТЭ составляет 10⁻⁵ - 10⁻³ См/см в температурном диапазоне от 20 до 80°С. Разработана стратегия синтеза ионопроводящего квартенизированного полисульфона. Получены пленки на основе сульфированного полиамида. Разработаны и исследованы каталитические слои электродов ТПТЭ с металлическими M/SiO₂, M-C/SiO₂, где М - Pt, Pd, и биметаллическими наночастицами Pt,Pd/SiO₂. Выявлено соответствие адсорбционной емкости каталитических слоев M-C/SiO₂ экспериментальных электродов с уменьшенным содержанием платины, адсорбционной емкости стандартных электродов на основе платиновых «чернил». Электрод с бикаталитическим слоем состава 20Pt_10Pd/SiO₂ имеет наибольшую каталитическая активность по сравнению с образцами состава 20Pd/SiO₂ и 20Pt/SiO₂. Модифицированы мембраны Нафион-115 кислотами различной концентрацией, и исследованы электрофизические свойства, а также производительность мембранно-электродного блока ТПТЭ с модифицированными мембранами. Модифицирование мембраны Нафион кислотами различной концентрации смещает температурный максимум электропроводности мембраны в сторону больших температур и составляет порядка 10⁻³ - 10⁻² См/см при температуре 60 - 95°С. Созданы и испытаны экспериментальные образцы электродов ПК с электроактивной пленкой и пастой на основе оксидов переходных металлов (Mn, W, Co, Fe и т.д.). По значению активного сопротивления электрохимической системы определены наилучшие электроды с композитными покрытиями: Co₃O₄@SiO₂, MnO₂-пленка, FexOy.