Синтез та дослідження властивостей протонопровідних органо-неорганічних систем для створення мембран з протонною провідністю в умовах контрольованої зволоженості

Розроблено методи синтезу протонопровідних наноструктурованих гібридних мембран для твердополімерних паливних комірок на основі α,ω-діалкоксисилільних олігооксиетиленвмісних прекурсорів сегментованої будови з різною довжиною олігоетерної складової, здатних формувати олігоетерну протонопровідну фазу в процесі золь-гель синтезу мембран.
З використанням синтезованих прекурсорів та зіркоподібних кремнійвмісних допантів з різним вмістом сульфокислотних груп золь-гель методом отримано органо-неорганічні гібридні наноструктуровані протонообмінні мембрани здатні до протонної провідності в безводних умовах при температурах вище 100°С.

Області застосування

Отримані протонообмінних мембран окрім використання в паливних комірках можуть бути застосовані в процесах хімічній сепарації, сенсорах, пристроях акумулювання енергії, вікнах з контрольованою проникністю світла («smart windows»), електрохромних дисплеях, процесах електролізу води.

Короткий опис

Розроблено метод синтезу кремнійорганічного протонодонора – октаедрального олігосилсесквіоксану (POSS) з сульфокислотними групами в органічному обрамленні силсесквіоксанового ядра. Як вихідну сполуку для формування протонопровідної полімерної матриці використовували олігомерні прекурсори - здатні до золь-гель перетворень уретановмісні α,ω-ди(триетоксисиліл)олігоетиленоксиди різних молекулярних мас.
Формування протонопровідних мембран проводили золь-гель методом суміщенням синтезованих протонодонорів з олігомерними прекурсорами при різних співідношеннях.
Досліджено структуру і властивості отриманих протонопровідних мембран. Встановленно зв'язок між хімічною будовою, структурою та властивостями отриманих мембран, розроблено методи їх регулювання.

Очікувані властивості

Висока термічна стабільність отриманих мембран, їх здатність до протонной провідності в безводних умовах при температурах вище 100°С, а також в умовах зволоження.

Переваги

Синтезовані органо-неорганічні наноструктуровані гібридні протонопровідні мембрани характеризуються високими механічною міцністю та термічною стабільністю в поєднанні з прийнятною протонною провідністю в безводних умовах, здатністю до утримання вологи при температурах вище 100°С зі збереженням величини протонної провідності, 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 протонообмінних мембран, здатних до протонної провідності в безводних умовах та при зволоженні, на основі нових типів мономерних і олігомерних сульфокислотних протонодонорів в поєднанні з плівкотвірними α,ω-діалкоксисилільними олігоетерними прекурсорами сегментованої будови, які характеризуються термостабільністю 220–325°С та рівнем провідності порядку 10^-4 См/см при температурах 100–120°С в безводних умовах. Отримані мембрани за даними показниками перебувають на рівні кращих вітчизняних та зарубіжних аналогів даного типу.

Інтелектуальна власність

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.

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.

Контактна інформація

Інститут-Виконавець: Інститут хімії високомолекулярних сполук НАН України.

Проект №29 «Розробка гібридних матеріалів для протонопровідних мембран полімерелектролітних водневих паливних комірок» цільової комплексної програми наукових досліджень НАН України «Водень в альтернативній енергетиці та новітніх технологіях» »

Контактна особа:

Шевченко Валерій Васильович

Е-mail:valshevchenko@yandex.ru

---