Новые протонпроводящие материалы на основе трековой полиэтилентерефталатной мембраны, модифицированной N,P-содержащей ионной жидкостью

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В настоящее время одной из актуальных задач является разработка новых мембранных материалов для альтернативных, экологически чистых источников энергии – водородных топливных элементов. В данной статье представлены результаты разработки подходов к созданию протонпроводящих мембран из промышленной полиэтилентерефталатной (ПЭТФ) диэлектрической трековой пленки. В качестве модифицирующего агента использовалась N,P-содержащая ионная жидкость, полимеризация которой осуществлялась непосредственно в трековых отверстиях мембраны ПЭТФ. Основой для синтеза ионной жидкости послужил новый подход к направленному синтезу фосфорорганических соединений из элементного фосфора по реакции Трофимова–Гусаровой, разработанный в Иркутском институте химии им. А.Е. Фаворского СО РАН. Характеризация N,P-содержащей ионной жидкости проведена с помощью ЯМРи ИК-спектроскопии. Показано, что после ее нанесения на ПЭТФ мембрану результирующая композиция обладает необходимыми механическими параметрами для эксплуатации в качестве протонпроводящих мембран. Установлено, что новые протонпроводящие материалы обладают высокой протонной проводимостью, которая составляет при 353 К 77,76 мСм·см-1. Полученные результаты открывают новые перспективы для применения полученных протонпроводящих мембран в технологии водородных топливных элементов и могут способствовать развитию эффективных альтернативных источников энергии.

Об авторах

Ю. Ю. Титова

Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН

Email: ytitova60@gmail.com

А. Н. Чеснокова

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Email: chesnokova@istu.edu

А. С. Суханов

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Email: baizile@ex.istu.edu

Н. А. Иванов

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Email: ivnik@istu.edu

Список литературы

  1. Nieuwlaar E. Life cycle assessment and energy systems, reference module in earth systems and environmental sciences. In: Reference module in Earth systems and environmental sciences. Elsevier, 2013. P. 647–654. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-409548-9.01334-8.
  2. Breeze P. The environmental impact of energy storage technologies. In: Power system energy storage technologies. Academic Press, 2018. P. 79–84. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-812902-9.00009-2.
  3. Letyagina E. On Assessing the impact of automotive transport on the environment of urban agglomerations using the Krasnoyarsk Territory as an example // Transportation Research Procedia. 2023. Vol. 68. P. 505–510. https://doi.org/10.1016/j.trpro.2023.02.068.
  4. 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? // Journal of Power Sources. 2012. Vol. 216. P. 48–66. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.05.057.
  5. Dhanapal D., Xiao M., Wang S., Meng Y. A review on sulfonated polymer composite/organic-inorganic hybrid membranes to address methanol barrier issue for methanol fuel cells // Nanomaterials. 2019. Vol. 9, no. 5. P. 668. https://doi.org/10.3390/nano9050668.
  6. Oliveira P.N., Catarino M., Müller C.M.O., Brandão L., Tanaka P.D.A., Bertolino J.R., et al. Preparation and characterization of crosslinked PVAL membranes loaded with boehmite nanoparticles for fuel cell applications // Journal of Applied Polymer Science. 2014. Vol. 131, no. 8. P. 40148. https://doi.org/10.1002/app.40148.
  7. Beydaghi H., Javanbakht M., Badiei A. Crosslinked poly(vinyl alcohol)/sulfonated nanoporous silica hybrid membranes for proton exchange membrane fuel cell // Journal of Nanostructure in Chemistry. 2014. Vol. 4. P. 97. https://doi.org/10.1007/s40097-014-0097-y.
  8. Gahlot S., Sharma P.P., Kulshrestha V., Jha P.K. SGO/SPES-based highly conducting polymer electrolyte membranes for fuel cell application // ACS Applied Materials & Interfaces. 2014. Vol. 6, no. 8. P. 5595−5601. https://doi.org/10.1021/am5000504.
  9. Lebedeva O.V., Pozhidaev Y.N., Chesnokova A.N., Malakhova E.A., Raskulova T.V., Kulshrestha V., et al. Sodium p-styrene sulfonate–1-vinylimidazole copolymers for acid–base proton-exchange membranes // Membranes and Membrane Technologies. 2020. Vol. 2, no. 2. P. 76–84. https://doi.org/10.1134/S2517751620020079.
  10. Чеснокова А.Н., Жамсаранжапова Т.Д., Закарчевский С.А., Кулшреста В., Скорникова С.А., Макаров С.С.. Влияние содержания цеолита на протонную проводимость и технические характеристики мембран на основе сшитого поливинилового спирта // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020. Т. 10. N 2. С. 360–367. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2020-10-2-360-367.
  11. Седых Н.М., Сухов Б.Г., Чеснокова А.Н., Максименко С.Д., Иванов Н.А., Паперный В.Л.. Дизайн новых протонпроводящих материалов // Материалы Юбилейной международной молодежной конференции по люминесценции и лазерной физике, посвященной 50-летию первой школы по люминесценции в Иркутске (г. Иркутск, 01–06 июня 2019 г.). Иркутск: ИГУ, 2019. С. 85–86.
  12. Hanot H., Ferain E. Industrial applications of ion track technology // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 2009. Vol. 267, no. 6. P. 1019– 1022. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2009.02.011.
  13. Курахмедов А.Е., Иванов И.А., Александрен ко В.В., Козловский А.Л., Архангельски Е., Здоровец М.В. Асимметричные трековые мембраны, получаемые методом двустороннего облучения на циклотроне ДЦ-60 // Мембраны и мембранные технологии. 2017. Т. 7. N 3. С. 155–164. https://doi.org/10.1134/S2218117217030051.
  14. Manickam S.S., McCutcheon J.R. Model thin film composite membranes for forward osmosis: demonstrating the inaccuracy of existing structural parameter models // Journal of Membrane Science. 2015. Vol. 483. P. 70–74. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2015.01.017.
  15. Waheed A., Forsyth D., Watts A., Saad A.F., Mitchell G.R., Farmer M., et al. The track nanotechnology // Radiation Measurements. 2009. Vol. 44, no. 9-10. P. 1109–1113. https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2009.10.055.
  16. Chakarvarti S.K. Track-etch membranes enabled nano-/microtechnology: a review // Radiation Measurements. 2009. Vol. 44, no. 9-10. P. 1085–1092. https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2009.10.028.
  17. Трофимов Б.А., Рахматулина Т.Н., Гусарова Н.К., Малышева С.Ф. Системы элементный фосфор–сильные основания в синтезе фосфорорганических соединений // Успехи химии. 1991. Т. 60. N 12. C. 2619–2632.
  18. Гусарова Н.К., Михалева А.И., Шмидт Е.Ю., Малькина А.Г. Химия ацетилена: новые главы. Новосибирск: Наука, 2013. 368 с.
  19. Малышева С.Ф., Белогорлова Н.А., Куимов В.А., Литвинцев Ю.И., Гоголева Н.М., Сухов Б.Г.. Синтез новых протонпроводящих ионных жидкостей из 1-Hи 1-алкилимидазолов и гипофосфористой кислоты // Бутлеровские сообщения. 2017. Т. 52. N 10. С. 50–55.
  20. Литвинцев Ю.И., Белогорлова Н.А., Малышева С.Ф. Новый подход к N,P-содержащим ионным жидкостям // Современные проблемы химической науки и фармации: сб. материалов VI Всероссийской конференции с международным участием (г. Чебоксары, 23–24 ноября 2017 г.). Чебоксары: ЧГУ им. И.Н. Ульянова, 2017. С. 66.
  21. Hawker C., Schlüter D.A., Sakamoto J. Synthesis of polymers: new structures and methods. Wiley-VCH, 2012. 1184 p.
  22. Шагидуллин Р.Р., Чернова А.В., Виноградова В.С., Мухаметов Ф.С. Атлас ИК-спектров фосфорорганических соединений. М.: Наука, 1990. 343 c.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».