Разработка новых полимерных нанокомпозитных мембран и электродов для водородных топливных элементов на полибензимидазольной мембране в рамках глобального энергетического перехода к низкоуглеродной энергетике

Созданы новые мономеры, их прекурсоры и усовершенствованные методики синтеза для полимеров, используемых в качестве протонпроводящих мембран. Новые N-фенил замещенные тетраамины с метоксильными группами впервые использованы в синтезе полиамидов – прекурсоров ПБИ нового поколения. Синтез высокомолекулярных, пленкообразующих полиамидов-форполимеров гладко протекает при комнатной температуре в амидных растворителях. Впервые показано, что допированные ПБИ, содержащие в своем составе метоксильные заместители в боковой цепи, при температурах 160-180 °С замещаются на фосфорильные группы, что позволяет отнести такие ПБИ к самофосфорилирующимся, а протонпроводящие мембраны на их основе к доступным продуктам с повышенным ресурсом работы. Впервые показано количественное осаждение Pt с помощью аскорбиновой кислоты на композиционные материалы УНВ на основе полиакрилонитрила. Аскорбиновая кислота участвует в координации ионов платины и поверхности композитного УНВ, что в конечном итоге приводит к более сильному прикреплению наночастиц Pt к поверхности УНВ; совпадение Zr и Pt в дополнение к Ni на элементных картах может указывать на данный механизм присоединения наночастиц Pt. Показана возможность работы топливного элемента с использованием катодов, полученных при нанесении Pt с помощью аскорбиновой кислоты. Согласно распределению пор по размерам по методам NLDFT и GCMC, разница для пиролизованных образцов на основе волокон полиакрилонитрила в основном связана с резким уменьшением удельной поверхности для пор размером ~0,5 нм и увеличением для пор размером 0,55-0,8 нм по сравнению с исходным стабилизированным образцом. Метод адсорбции СO2 (273 К) позволяет увидеть микропористость углеродных нановолокон PIM-1, превышающую микропористость PIM-1, что невозможно наблюдать методом низкотемпературной (77 К) адсорбции N2. При 273 К кинетические затруднения устраняются, и микропоры становятся намного более доступными для адсорбата по сравнению с кинетически более сложной адсорбцией при 77 К, когда микропоры УНВ.