|
|
Розробка йонообмінних композитних полімерних мембран для полімерелектролітних водневих паливних комірок
Запропоновано методи синтезу полімерів кислотно-основного типу гіперрозгалуженої та зіркоподібної (кремнійорганічні сполуки) будови, здатних до йонної провідності в безводних умовах. Розроблено способи отримання олігомерних донорів гідроксид-аніонів, а саме олігомеру з кінцевими йонними грпупами та такого, що містить йонні групи в основному ланцюзі (полііоненового типу). Отримані донори протонів та аніонів використано як допанти в золь-гель синтезі органо-неорганічних полімерних йонообмінних мембран для водневих паливних комірок, здатних функціонувати як за температур вище 100°С в безводних умовах, так і за температурах нижче 80°оС в зволоженому стані в лужному середовищі.
Області застосування
Отримані йонообмінні мембрани, окрім використання в паливних комірках, можуть бути застосовані в процесах хімічної сепарації, сенсорах, пристроях акумулювання енергії, вікнах з контрольованою проникністю світла («smart windows»), електрохромних дисплеях, процесах електролізу води.
Короткий опис
Запропоновано метод синтезу протонних йонноподовжених оксиетиленових полімерів кислотно-основного типу на основі розроблених сульфовмісних олігомерів гіперрозгалуженої та зіркоподібної (кремнійорганічні сполуки) будови здатних до протонної провідності в безводних умовах. Як вихідний основний олігомер використано α,ω-диамінопохідне олігооксиетилену. Синтез йонноподовжених олігомерних допантів здійснювали як частковою (на 50%) так і повною нейтралізацією сульфокислотних груп запропонованих сульфовмісних олігомерів кінцевими третинними амінними групами α,ω-диамінопохідного олігооксиетилену.
Розроблено метод синтезу гідроксилвмісних олігомерних і полімерних донорів аніонів який включав кілька стадій: отримання реакційноздатних олігомерів з кінцевими атомами хлору, отримання олігомерів з кінцевими третинними атомами азоту, синтез на їх основі олігомерних та полімерних допантів з четвертинними амонієвими катіонами та хлорид-аніонами, які замінювали на гідроксид-аніони.
Розроблені олігомерні та полімерні донори протонів та гідроксид-аніонів використано як допанти в золь-гель синтезі наноструктурованих органо-неорганічних полімерних йонообмінних мембран в суміші з α,ω-діалкоксисилільним олігооксиетиленуретансечовинним прекурсором та фенілтриетоксисиланом при різних співвідношеннях з використанням кислотного (HCl) та нейтрального (NaF) каталізу. Досліджено структуру та властивості отриманих мембран. Встановлено зв'язки між будовою, структурою та властивостями синтезваних твердополімерних електролітів і розроблено методи їх регулювання.
Очікувані властивості
Висока термічна стабільність отриманих мембран, їх здатність до йонної провідності в безводних умовах за температур вище 100°С, а також в умовах зволоження в лужному середовищі.
Переваги
Синтезовані органо-неорганічні наноструктуровані полімерні йонообмінні мембрани характеризуються високою механічною міцністю та термічною стабільністю в поєднанні з прийнятною йонною провідністю як в безводних умовах за температур вище 100°С так і в зволоженому стані за температур нижче 80°С в лужному середовищі, низьким рівень кросовера палива, простотою синтезу та суттєвим зниженням вартості мембран.
Конкуренти
DuPont Co.,
Asahi Glass Co.Ltd ,
Asahi Chemicals Co. Ltd ,
Dow Chemical Co»
Стан розробки
Розроблено методи синтезу органо-неорганічних наноструктурованих гібридних йонообмінних мембран для паливних елементів, здатних до йонної провідності в безводних умовах за температур вище 100°С та при зволоженні за температур нижче 80°С в лужному середовищі, на основі нових типів олігомерних та полімерних донорів протонів та аніонів в поєднанні з плівкотвірним α,ω-діалкоксисилільним олігоетерним прекурсором сегментованої будови. Розроблені мембрани характеризуються термостабільністю до 300°оС та рівнем йонної провідності порядку 10–4-10-3 См/см за температур 100–120°С в безводних умовах, та 10-5 См/см за температур 20-60°C в зволоженому стані в умовах лужного середовища. Отримані мембрани за даними показниками перебувають на рівні кращих вітчизняних та зарубіжних аналогів даного типу. Серед запропонованих йонообмінних твердополімерних електролітів протонообмінні мембрани на основі зіркоподібних кремнійорганічних сульфонатних (в тому числі амфолітних) донорів протонів в комбінації з плівкотвірним α,ω-діалкоксисилільним оксиетиленовим олігомером є найближчими до практичного впровадження.
Інтелектуальна власність
Пат.59749 Україна, МПК7 C 08L 63/02, C08K 5/00.
Полімерна протонпровідна композиція для паливних елементів
Клименко Н.С., Стрюцький О.В., Лисенков Е.А., Вортман М.Я., Шевчук О.В., Шевченко В.В.;
заявник та патентовласник Інститут хімії високомолекулярних сполук НАН України. – № u201014109 ; заявл. 26.11.10 ; опубл. 25.05.11, Бюл. № 10.
Пат. 62378 Україна, МПК7 C 08L 63/02, C08K 5/00.
Органо-неорганічний полімерний літійпровідний матеріал
Стрюцький О. В., Клименко Н. С., Лисенков Е. А., Вортман М. Я., Золотарьов О. Р., Шевченко В. В., Рудаков В. М.;
заявник та патентовласник Інститут хімії високомолекулярних сполук НАН України. – № u201101450 ; заявл. 09.02.11 ; опубл. 25.08.11, Бюл. № 16.
Патент на корисну модель 68290 Україна, МПК7 C08L 63/02, C08K 5/54.
Полімерна протонпровідна композиція для паливних елементів
О.В. Стрюцький, Н.С. Клименко, Е.А. Лисенков, М.Я. Вортман, О.В. Шевчук, В.В. Шевченко
Патент на корисну модель 70453 Україна, МПК7 C07F 7/02, C07F 7/21, C08G 59/50.
Гуанідинвмісний поліорганосилсесквіоксан як отверджувач епоксидних смол
М.Я. Вортман, В.М. Лемешко, Т.С. Іванова, П.В. Вакулюк, О.В. Стрюцький, Н.С. Клименко, В.В. Шевченко
заявник та
патентовласник Інститут хімії високомолекулярних сполук НАН України. – № u201114451; заявл. 06.12.2011; опбл. 11.06.2012, Бюл. №11.
Пат.77358 Україна, МПК7 C 08L 75/00, C08K 5/54.
Полімерна протонпровідна композиція для паливних елементів
Стрюцький О.В., Клименко Н.С., Лисенков Е.А., Вортман М.Я., Шевчук О.В., Шевченко В.В.;
заявник та патентовласник Інститут хімії високомолекулярних сполук НАН України. – № u201209398 ; заявл. 01.08.12 ; опубл. 11.02.13, Бюл. № 3.
Патент на корисну модель 90680 Україна, МПК7 C08G 18/10, C08G 18/48.
Олігоетерсечовини з піридинієвими та сульфонатними групами як протонпровідні речовини
В.В. Шевченко, А.В. Стрюцкий, Н.С. Клименко, М.А. Гуменная, М.Я. Вортман
заявник та патентовласник Інститут хімії високомолекулярних сполук НАН України. – № u201314063; заявл. 03.12.2013; опубл. 10.06.2014, Бюл. №11.
Патент на корисну модель 91176 Україна, МПК7 C08G 18/10, C08G 18/48.
Гіперрозгалужений олігоетер з сульфатними групами як протонопровідна сполука / В.В. Шевченко, А.В. Стрюцкий, Н.С. Клименко, М.А. Гуменная, М.Я. Вортман
заявник та патентовласник Інститут хімії високомолекулярних сполук НАН України. – № u201400314; заявл. 15.01.2014; опубл. 25.06.2014, Бюл. №12.
Контактна інформація
Інститут-Виконавець:
Інститут хімії високомолекулярних сполук НАН України.
Проект №26 «Розробка йонообмінних композитних полімерних мембран для полімерелектролітних водневих паливних комірок»
»
Контактна особа:
Шевченко Валерій Васильович
Teл. +38 044 559-55-00
|
