8 ноября 2018

Ученые МГТУ им. Н.Э. Баумана раскрыли тайны полимерных нитей в топливных элементах.

Ученые МГТУ им. Н.Э. Баумана раскрыли тайны полимерных нитей в топливных элементах.

Водородные топливные элементы  - эффективный источник энергии для удаленных объектов, например, космических аппаратов и метеорологических станций. Эффективность топливных элементов определяется содержанием воды в протонообменной мембране, разделяющей анод и катод в топливном элементе. Российскими и австралийскими учеными было показано, что в протонообменной  мембране Нафиона при набухании в воде происходит частичное разматывание полимерных волокон с поверхности в объем воды на расстояние до сотен микрон. Исследования с российской стороны проводились под руководством Н.Ф. Бункина, профессора кафедры ФН-4 «Физика» МГТУ им. Н.Э. Баумана; коллективом австралийских ученых руководил профессор Барри Нинхэм из Австралийского национального университета (Канберра). Полученные результаты были опубликованы в «Journal of Chemical Physics», AIP Publishing.

Исследования посвящены проверке гипотезы о существовании нового фазового состояния воды, которое, согласно этой гипотезе,возникает, в частности, вблизи поверхности набухающего в воде Нафиона. Оказалось,  что особенности воды вблизи Нафиона связаны с процессом прорастания полимерных волокон при набухании в воде. Выяснилось, что количество волокон в объеме жидкости и глубина их прорастания контролируются концентрацией дейтерия в воде.

 «Чтобы повысить уровень нашего понимания процессов, происходящих в полимерных мембранах, нам необходимо описать на молекулярном уровне взаимодействие дейтерированной воды с полимерными частицами, - говорит Н.Ф. Бункин. - Теперь, когда мы знаем структуру приповерхностного слоя мембраны в воде, мы можем развить полученные результаты для исследования специфического эффекта ионов при набухании Нафиона в водных растворах электролитов».

Нафион - это высокопроизводительная коммерчески доступная водородно-оксидная мембрана протонного обмена, которая активно используется в водородных топливных элементах. В объеме мембраны формируется сеть нанометровых электрически заряженных каналов, что позволяет существенно повысить эффективность генерации молекулярного водорода при размещении мембраны в электрохимической ячейке между катодом и анодом.

 Исследователи обнаружили, что мембрана особенно чувствительна к содержанию дейтерия в окружающей воде, что проявляется в разматывании полимерных волокон в объем воды в определенном диапазоне концентраций дейтерия; эффект наиболее выражен при концентрациях дейтерия 100 - 1000 частиц на миллион (ppm).

Для исследования процесса разматывания полимерных волокон ученые создали уникальную лазерную установку, основанную на фотолюминесцентной УФ-спектроскопии. Конечно, отдельные волокна не наблюдались из-за аппаратных ограничений установки, но тем не менее эффект прорастания этих волокон был надежно зафиксирован. «Полученные результаты могут дать мощный импульс для фундаментальных исследований в биологии, а также помочь в разработке новых способов производства энергии, о которых мы пока даже не думаем», - говорит Н.Ф. Бункин.

Эти исследования были поддержаны грантами Российской Федерации по фундаментальным исследованиям и грантом Президента Российской Федерации для молодых ученых.

 

Ваш браузер — Internet Explorer

К сожалению, этот браузер уже устарел: он уже не поддерживает новые веб-технологии и не соответствует современным веб-стандартам, поэтому некоторые элементы на странице могут отображаться некорректно. В этой связи, рекомендуется обновить Ваш браузер до последней версии или использовать альтернативные браузеры бесплатно, такие как Google Chrome, Mozilla Firefox, Yandex, Opera