Новые ионпроводящие мембраны для электромембранных процессов и применения в энергетике

Проект направлен на решение задач, связанных с получением высокостабильных наноструктурированных ионпроводящих мембран на основе гибридных композитов, способных к самоувлажнению, либо обеспечивающих длительное удерживание влаги в мембране.Для достижения заявленной цели будет осуществлен масштабный синтез высокомолекулярных соединений (сульфированных и фосфорилированных гомополимеров и сополимеров винилхлорида, стирола, винилглицидилового эфира этиленгликоля, глицидилметакрилата, глицидилакрилата, азотсодержащих винильных мономеров, фторированных полиариленов, полиэфиркетонов), наноструктур (на основе оксида графена, квантовых точек и нанолент графена, нанолистов нитрида бора), гибридных композитов на основе данных соединений и мембран.Самоувлажнение мембран будет обеспечено введением в их состав нанодисперсных катализаторов, способствующих непосредственному взаимодействию H2 и O2, проникающих в мембрану со стороны анода и катода, с образованием воды. В рамках данного проекта предлагается стабилизировать нанодисперсную платину непосредственно в матрице органического полимера, либо в фазе неорганического прекурсора, который используется для изготовления композиционной мембраны.Для обеспечения длительного удерживания влаги в мембране без ее существенных потерь в состав композитов будут включены неорганические блоки диоксида кремния, диоксида титана, углеродные и борнитридные наноструктуры.Также будет испытаны новые самоувлажняющие мембранно-электродные блоки с добавлением поливинилового спирта и функционализированных углеродных наноструктур, используемые в качестве влагоудерживающего агента в слое анодного катализатора.Для характеристики состава, строения и морфологии гибридных нанокомпозитов, а также изучения проводящих, механических и термических свойств мембран, полученных на их основе, предполагается применить широкий набор инструментальных методов исследования (ИК-Фурье спектроскопия, спектроскопия ЯМР, гель-проникающая хроматография, сканирующая и просвечивающая электронная микроскопия, дифференциальная сканирующая калориметрия, термогравиметрический анализ, импедансная спектроскопия, исследование механических характеристик в динамическом режиме). Кроме того будет использованы стандартные методики для определения ионообменной емкости, массовой доли воды, водопоглощения, изменения размеров мембран при набухании.Изучение динамики гидратированных протонов в гибридных мембранах (определение коэффициента самодиффузии воды, адсорбированной в мембранах) будет осуществляться методом МРТ.Полученные мембраны будут испытаны в условиях работы топливных элементов, проточных редокс-аккумуляторов (redox-flow battery), установок электролиза воды и других электромембранных процессах.