Писать о новых высокотехнологичных материалах всегда очень интересно – особенно когда мысленно сопоставляешь их с теми, которыми пользовалось человечество на заре своей истории. Камень, бронза, папирус или пергамент, цементирующие смеси с добавлением яиц (для прочности!) на фоне современных полимеров выглядят совершенно плоско. Впрочем, это неудивительно: если вам нужно, например, улучшить показатели качества протонообменной мембраны, простыми решениями не обойтись.
«Соответствующая мембрана является ключевой деталью протонообменных топливных элементов, используемых для машиностроительной промышленности (в том числе, и в автомобилях, которые уже ездят по улицам) и актуальной на сегодня области водородной энергетики, - рассказывает аспирант Института неорганической химии им. А.В.Николаева СО РАН Сохраб Алиев. Впрочем, по его словам, существующие на сегодняшний день материалы не соответствуют ключевым требованиям – они должны обладать высокой проводимостью в широких интервалах температур и работоспособностью в условиях пониженной влажности окружающей среды. «Удобство в потребительском плане определяется дополнительными критериями: это, конечно, дешевизна и доступность, а также износостойкость и экологическая безопасность», - добавляет химик. Словом, как отмечает ученый, поиски коммерчески привлекательных протонопроводящих структур, сейчас являются очень актуальными.
«Можно назвать самый известный и успешный материал, который называется Nafion, - говорит Сохраб Алиев, - однако, он обладает рядом недостатков, которые не вписываются в необходимые требования. Поэтому в нашей лаборатории под руководством директора ИНХ СО РАН члена-корреспондента РАН Владимира Петровича Федина идут работы по получению более эффективных структур».
Для этого используются металл-органические координационные полимеры – пористые соединения, в которые вводятся сильные и суперкислоты. «В международной литературе с 2009 года появились примеры введения таких слабых кислот, как имидазол, гистамин, триазол, - поясняет ученый, - но представленная величина протонной проводимости была низкой. Поэтому нами было решено, что наиболее успешной стратегией будет введение самых сильных соединений, ведь нужный нам параметр зависит от количества и подвижности частиц в полученном материале». Надо отметить, что такой подход по созданию подобных композитов с улучшенными характеристиками разрабатывается впервые, а сибирские химики получают новый класс твердотельных материалов с максимальной величиной протонной проводимости.
«По предварительным данным уже ясно, что наши соединения будут обладать высокой степенью требуемого параметра, причем, в широком диапазоне температур и слабо зависеть от влажности среды, - говорит Сохраб Алиев. – Соответственно, это позволит использовать топливные элементы на их основе в любых климатических условиях, что особенно актуально для Сибири». Кроме того, описываемые материалы отличаются высокой стабильностью и износостойкостью, а также, что очень важно, легко получаются с помощью жидкофазной пропитки нанопористого координационного полимера в растворе кислоты. «Это, к тому же, очень дешево», - комментирует ученый.
Протонообменные являются наиболее перспективным типом топливных элементов благодаря высокой скорости начала работы и большой долговечности. По словам Сохраба Алиева, именно эти параметры делают их привлекательными, так что они вполне могут заменить широко использующиеся сегодня щелочные.
Екатерина Пустолякова
Фото: 1 - nedomedic.ru, 2 - nanometer.ru
