Создание нанокомпозитных протонпроводящих мембран на основе пористого кремния для водородной энергетики

Одной из основных компонентов топливного элемента является протонообменная мембрана. Для улучшения эксплуатационных характеристик топливных элементов существует потребность в создании мембран обладающих высокой протонной проводимостью, газонепроницаемостью (так как мембрана должна изолировать поступающие в топливный элемент водород и кислород друг от друга, от возникновения прямой химической реакции), высокой механической прочностью и химической стабильностью к окислению и гидролизу. Протонообменная мембрана играет роль разделителя электродов с целью предотвращения прямой химической реакции реагентов в топливном элементе, а также прямого электрического контакта электродов, при обеспечении протонного транспорта. В настоящем проекте разрабатывается мембрана со сквозными каналами на основе вариативной градиентно-пористой структуры кремния. Мембрана имеет верхний нанопористый слой (диаметр пор 1-10 нм), нижний макропористый слой в качестве «поддерживающего». Пористая кремниевая структура получена методом глубокого анодного травления, сквозные протонно-транспортные каналы методом шлифования поверхности с последующей обработкой во влажной атмосфере. Образцы устойчивы к водным и температурным воздействиям, а также имеют высокую механическую стойкость. Известно, что более развитые поверхности электродов и структуры пор позволяют максимально эффективно использовать катализатор и подводить/отводить реагенты. Мембраны на основе вариативных градиентно-пористых структур обладают широко развитой удельной поверхностью благодаря верхнему нанопористому слою (удельная поверхность ≥ 1200 м2/cм3). Глубокое анодное травление позволяет формировать структуры необходимой пористости и морфологии пор. На основании чего результатом настоящей работы является детальная проработка вопроса использования разрабатываемых мембран с целью дальнейшей коммерциализации результатов.