Исследованы механизмы деградации мембранно-электродных блоков (МЭБ) топливных элементов с протонпроводящей мембраной, связанные с миграцией компонентов электродов. Разработаны пути стабилизации структуры электродов и увеличение их долгосрочности. Одним из критических механизмов деградации является искажение платино-полимерной структуры и появление неоднородности из-за миграции протонпроводящего полимера Nafion и платины в процессе функционирования. Деградация идет по двум главным сценариям: уменьшение доли межфазной области, в которой происходит перенос заряда и увеличение сопротивления переносу протонов.

Показана эффективность стабилизации платино-полимерной структуры путем связывания Nafion в поверхностное соединение с более крупными и менее электрофоретически подвижными структурными элементами и за счет создания пространственных ограничений миграции частиц Nafion сеткой углеродной сажи с микро и мезопорами.

Впервые использован прием поверхностной стабилизации и созданы поверхностно-стабилизированные материалы для увеличения химической и электрокоррозионной стабильности. Прием основан на создании на поверхности графеновых листов тонкого слоя полимера типа Nafion (Nafion/G), закрепленного благодаря силам адсорбции и образованию химических связей между отдельными атомами графена и поверхностью полимера.

Созданы лабораторные технологии стабилизированных МЭБ и методы контроля деградационных процессов, связанных с миграцией компонентов электрода. Оценки показывают, что при использовании разработанных технологий возможно увеличение срока службы МЭБ на 2000-4000 часов.

Публикации

1. [1] A.A. Nechitailov, P. Volovitch, N.V. Glebova, A. Krasnova Membranes, 2023, v.13, 3, 342.
2. [2] A. Krasnova, A.A. Nechitailov, A.Pelageikina, N.V. Glebova Electrochem. Commun., 2023, v.155, 107578.
3. [3] A.O. Krasnova, N.V. Glebova, A.G. Kastsova et al. Thermal Stabilization of Nafion with Nanocarbon Materials. Polymers, 2023, v.15, 9, 2070.