Прорыв в водородной энергетике

Протонпроводящие мембраны – ключевой элемент топливных ячеек, устройств, преобразующих химическую энергию в электричество. Топливные элементы играют важную роль в переходе к экологически чистой энергетике, так как производят только тепло и воду, в отличие от двигателей внутреннего сгорания, загрязняющих атмосферу выхлопными газами. Поэтому одной из приоритетных задач в альтернативной энергетике является разработка эффективных мембран.

Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН в сотрудничестве с коллегами из ВШЭ, Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН и Нью-Йоркского университета в Абу-Даби разработали инновационный тип протонпроводящей мембраны.

Мембрана выполняет функцию барьера, разделяющего жидкую и газообразную среды, и должна обладать избирательной проводимостью, то есть способностью пропускать определенные компоненты, в данном случае – протоны. Проводимость является важнейшим показателем эффективности протонпроводящей мембраны.

Новизна разработки заключается в создании мембраны на основе полимера с добавлением неорганических компонентов. Об этом рассказала Екатерина Сафронова, старший научный сотрудник лаборатории ионики функциональных материалов ИОНХ РАН.

«Мы использовали полимер с высоким содержанием сульфогрупп, что обычно повышает проводимость, но снижает стабильность мембран при изменениях температуры и влажности. Наш подход заключается в добавлении неорганических добавок, которые стабилизируют размеры мембраны и повышают ее проводимость. В результате мы получили 1,5-кратное увеличение эффективности по сравнению с коммерческими аналогами,» – пояснила Екатерина Сафронова.

Исследовательница отметила, что повышение проводимости за счет увеличения количества сульфогрупп обычно влечет за собой снижение стабильности размеров, и новая разработка решает эту проблему, создавая стабильную мембрану с высокой проводимостью. Использование таких мембран в топливных элементах позволит повысить мощность устройств и сделать их менее зависимыми от внешних условий.

«Такие мембраны могут применяться в качестве электролитов в топливных элементах, обеспечивая более высокую мощность. Кроме того, они способны работать при недостаточном увлажнении, что упростит систему подачи увлажненных газов и снизит стоимость вырабатываемой энергии,» – подчеркнула Екатерина Сафронова.