Для цитирования:
Прохоров И. Ю. Роль структурных состояний ионных доноров в протонпроводящих мембранах на основе поливинилового спирта // Электрохимическая энергетика. 2017. Т. 17, вып. 2. С. 89-98. DOI: 10.18500/1608-4039-2017-17-2-89-98, EDN: ZVRPAB
Роль структурных состояний ионных доноров в протонпроводящих мембранах на основе поливинилового спирта
DOI: https://doi.org/10.18500/1608-4039-2017-17-2-89-98
Методом шликерного литья из разбавленных водных растворов и спиртово-боратного сшивания получены мембраны на основе поливинилового спирта, модифицированные протонированными наночастицами монтмориллонита в диспергированном или гранулированном состоянии. Проницаемость мембран в обоих случаях не превышает 2 ? 10?7 см2/с, а протонная проводимость мембран с гранулированным донором на порядок выше, чем с диспергированным, и достигает 4–5 мСм/см. Избирательность мембран с гранулированным донором достигает 105 См?с/см3, что на порядок выше избирательности классических электролитов на основе ПВС и почти на два порядка выше избирательности классических перфторированных материалов. Такое сочетание свойств позволяет рассматривать применение полученных новых структурированных электролитов в топливных элементах, датчиках, мягких приводах и других устройствах электрохимической энергетики.
1. Deuk Ju Kim, Min Jae Jo, Sang Yong Nam. A review of polymer–nanocomposite electrolyte membranes for fuel cell application // J. Ind. & Eng. Chem. 2015. Vol. 21. P. 36–52.
2. Paidar M., Fateev V., Bouzek K. Membrane electrolysis – History, current status and perspective // Electrochimica Acta. 2016. Vol. 209. P. 737–756.
3. Tremel A., Wasserscheid P., Baldauf M., Hammer T. Techno-economic analysis for the synthesis of liquid and gaseous fuels based on hydrogen production via electrolysis // Intern. J. Hydrogen Energy. 2015. Vol. 40, iss. 35. P. 11457–11464.
4. Krawczyk J. M., Mazur A. M., Sasin T., Stoklosa A. W. Fuel cells as alternative power for unmanned aircraft systems – Current situation and development trends // Trans. Inst. Aviation. 2014. Vol. 4, № 237. P. 49–62.
5. Nowell G. P. On the road with methanol: The present and future benefits of methanol fuel / Amer. Methanol Inst.: Mountain View. California: Acurex Environ. Corp. 1994. 56 p.
6. Sahu A. K., Pitchumani S., Sridhar P., Shukla A. K. Nafion and modified-Nafion membranes for polymer electrolyte fuel cells: An overview // Bull. Mater. Sci. 2009. Vol. 32, № 3. P. 285–294.
7. Осетрова Н. В., Скундин А. М. Термостойкие мембраны для топливных элементов // Электрохим. энергетика. 2007. Т. 7, № 1. С. 3–16.
8. Liu J. G., Zhao T. S., Chen R., Wong C. W. The effect of methanol concentration on the performance of a passive DMFC // Electrochemistry Communications. 2005. Vol. 7, iss. 3. P. 288–294.
9. Pourzare K., Mansourpanah Y., Farhadi S. Advanced nanocomposite membranes for fuel cell applications: a comprehensive review // Biofuel Research Journal. 2016. Vol. 3, iss. 4. P. 496–513.
10. Григорьев С. А., Джусь К. А., Бессарабов Д. Г., Маркелов В. В., Фатеев В. Н. Исследование механизмов деградации мембранно-электродных блоков твёрдополимерных электролизёров воды // Электрохим. энергетика. 2014. Т. 14, № 4. С. 187–196.
11. Maiti J., Kakati N., Lee S. H., Jee S. H., Viswanathan B., Yoon Y. S. Where do poly(vinyl alcohol) based membranes stand in relation to Nafion® for direct methanol fuel cell applications? // J. Power Sources. 2012. Vol. 216. P. 48–66.
12. Pivovar B. S., Wang Y., Cussler E. L. Pervaporation membranes in direct methanol fuel cells // J. Membrane Science. 1999. Vol. 154, iss. 2. P. 155–162.
13. Cross-linked membranes of polyvinyl alcohol: Pat. 3232916, US, B01D71/38; C08F8/00; C08K3/38; C08K5/1515; D01F6/14; D01F6/16 / Fogle M. W.; заявл. 17.04.1962; опубл. 01.02.1966.
14. Zeng L., Zhao T. S., Li Y. S. Synthesis and characterization of crosslinked poly(vinyl alcohol) / layered double hydroxide composite polymer membranes for alkaline direct ethanol fuel cells // Intern. J. Hydrogen Energy. 2012. Vol. 37, № 23. P. 18425–18432.
15. Strawhecker K.E., Manias E. Structure and properties of poly(vinyl alcohol) / Na+ montmorillonite nanocomposites // Chem. Mater. 2000. Vol. 12, № 10. P. 2943–2949.
16. Прохоров И. Ю., Радионова О. И., Акимов Г. Я. Особенности кристаллизации нанокомпозитных мембран на основе ПВС // Наноструктурное материаловедение. 2013. Т. 9, № 1. С. 88–103.
17. Yang C.-C., Lee Y.-J., Yang J. M. Direct methanol fuel cell (DMFC) based on PVA / MMT composite polymer membranes // J. Power Sources. 2009. Vol. 188, iss. 1. P. 30–37.
18. Sanglimsuwan A., Seeponkai N., Wootthikanokkhan J. Effects of concentration of organically modified nanoclay on properties of sulfonated poly(vinyl alcohol) nanocomposite membranes // Intern. J. Electrochemistry. 2011. Vol. 2011. Article ID 785282. 6 p.
19. Palani P. B., Kannan R., Rajashabala S., Rajendran S., Velraj G. Studies on PVA based nanocomposite proton exchange membrane for direct methanol fuel cell (DMFC) applications // IOP Conf. Series: Mater. Sci. & Eng. 2015. Vol. 73, conf. 1. Article ID 012128. 6 p.
20. Radionova O. I., Prokhorov I. Yu., Akimov G. Ya. Polyvinyl alcohol based nanocomposite membranes containing aluminum hydroxide gel // ECS Trans. 2013. Vol. 50, iss. 2. P. 1097–1106.
21. Omed A. G., Aziz B. K., Saeed A. O. Kaolin light concentration effects on the dielectric properties of polyvinyl alcohol films // Intern. J. Science & Advanced Technology. 2012. Vol. 2, № 1. P. 65–70.
22. Thomassin J.-M., Pagnoulle C., Caldarella G., Germain A., Jerome R. Contribution of nanoclays to the barrier properties of a model proton exchange membrane for fuel cell application // J. Membrane Science. 2006. Vol. 270, iss. 1–2. P. 50–56.