📌  Прошла неделя и время узнать об очередной интересной разработке, связанной с молекулярной физикой. Сегодня мы выбрали статью научной группы из Манчестера под названием "Нановолоконные мембраны для повышения производительности и оптимизации топливных элементов с протонообменной мембраной". Рассмотрим подробнее, что автора представили миру.

❗️ Начать стоит с рассмотрения проблемы, которую учёные вызвались решить. Высокотемпературные топливные элементы с протонообменной мембраной(HT-PEMFC) являются перспективной технологией благодаря повышенной толерантности к каталитическим ядам(это вещества, снижающие каталитическую активность катализатора) и упрощённой системе теплового менеджмента. Ключевым критерием эффективности и долговечности элемента является полимерная мембрана, легированная фосфорной кислотой. Стандартным материалом для них является полибензимидазол(PBI), поскольку он механически стабилен и достаточно хорошо проводит протоны в диапазоне 120-300 °С.

⚠️ Но стандартные мембраны имеют ряд недостатков:

1. Ограниченная способность к удержанию электролита. Низкая пористость пленок приводит к ограничению адсорбции(удержания на поверхности мембраны) фосфорной кислоты. Из-за этого протонообмен начинает зависеть от капиллярных эффектов, отчего проводимость может резко падать.
2. Процесс легирования фосфорной кислотой вызывает сильное набухание пленки и внутреннее напряжение, что приводит к ее растрескиванию.
3. Вымывание фосфорной кислоты: молекулы фосфорной кислоты переходят из мембраны в электродные слои, а далее выходят из ячейки, что снижает производительность.

Данная работа направлена на решение этих проблем путем перехода от плотных полимерных пленок к высокопористым нановолоконным матрицам с контролируемой поверхностной химией(NFM)

❓ Интересным образом получали новый материал. Вместо использования традиционных литых пленок, авторы применили технологию электропрядения. Этот процесс позволяет получать неупорядоченные сети ультратонких волокон с открытой пористостью. Помимо этого, такие пленки были модифицированы парами растворителя(DMAc). Благодаря этой обработке получилось увеличить межцепочную подвижность, повышая гибкость мембраны. Усилить смачиваемость, благодаря чему достигли более быстрого однородного легирования, а также уменьшить набухание мембраны с течением времени.

✅ Были проведены испытания новой мембраны по сравнению с коммерческой PBI. Модифицированные NFM продемонстрировали высокую способность к удержанию кислоты(она сохранила 92,7% кислоты, против 79,3% у стандартной мембраны). Также показано, что элементы на основе NFM имеют более высокую мощность, чем элементы на коммерческом PBI. Но главный успех - долговечность. По прошествии 100 часов падение напряжения на модифицированной мембране составило лишь 2%, когда у стандартной 11%. Немаловажным будет отметить, что модификация позволила уменьшить сопротивление мембран, то есть повысить протонную проводимость.

❔ Но для чего это нужно? Подобные топливные элементы активно применяются в производстве электрокаров, систем жизнеобеспечения подводных лодок и многом другом.

❓ И снова на повестке дня статья, что сочетает в себе несколько направлений. В этот раз молекулярную физику, материаловедение и электрохимию, что ещё раз показывает нам, что применение молекулярной физике можно найти в абсолютно разных и, казалось бы, несвязанных направлениях науки.

На кафедре сейчас во всю идет подготовка к международному чемпионату хайтек по компетенции цифровая метрология, который будет проходить в Екатеринбурге с 10 по 14 ноября.

У желающих и заряженных студентов и сотрудников есть возможность каждый год участвовать в отборочных чемпионатах профессионального мастерства МИФИ по различным компетенциям. Участники, показавшие лучшие результаты, могут участвовать в чемпионатах международного уровня, например хайтек и атомксил.

Желаем всем участникам успехов в подготовке и состязаниях!
#студенческая_жизнь