НАУЧНЫЙ ОТЧЕТ «Разработка протонообменных мембран для топливных элементов и электролизеров» по теме № В523019, этап 1 (01.10.2024 – 30.09.2025), промежуточный

В данной работе объектом исследования являются протонообменные мембраны. Целью работы является разработка протонообменных мембран и исследование формирования структуры таких полимерных материалов при их гидратации для применения в составе водород-воздушных топливных элементов и электролизеров. В процессе работы разработано и создано испытательное оборудование для проведения in situ исследований материалов, характеристики которых зависят от относительной влажности. В том числе: система генерации газа заданной влажности и микрофлюидная измерительная ячейка для проведения исследований объектов при различной влажности среды с помощью метода малоуглового рентгеновского рассеяния. Данные системы могут быть использованы для изучения различных объектов, свойства которых зависят от уровня влажности среды, в которой они находятся. Кроме этого, в ходе работы проводились исследования наноструктурных особенностей полимерных отечественных мембран МФ-4СК и мембран типа Aquivion, а также зарубежного аналога – Gore. Разработана методика и проведено сравнительное исследование наноструктуры отечественных перфторированных мембран МФ-4СК и Gore при различной относительной влажности (диапазон от < 10 до 95 %). Установлены значения влажности подаваемых газов, при которых наблюдается перколяция. Определение этой величины критически важно для установления оптимальных параметров функционирования водород-воздушных топливных элементов на основе протонообменных мембран, так как достижение необходимого уровня их протонной проводимости наблюдается только после формирования связанной сети водных каналов. Применение разработанной методики позволит создавать новые материалы с повышенными транспортными характеристиками и изготавливать на их основе высокопроизводительные водород-воздушные топливные элементы.