Диссертация

Диссертация посвящена исследованию протонного транспорта в наноструктурированных перфторированных сульфополимерах. Объектами исследования являются полимерные мембраны типа Нафион. Измерения проводились методами ЯМР диффузометрии в градиенте статического магнитного поля и ЯМР релаксометрии с быстрым циклированием магнитного поля. Найдено, что для всех исследованных мембран при величинах влагосодержания λ ≈ 2-7 на температурных зависимостях коэффициента самодиффузии DNMR наблюдается излом при Т=240 К, свидетельствующий о смене микромеханизма самодиффузии воды при понижении температуры. Определено, что температурные зависимости протонной проводимости и коэффициента самодиффузии воды в мембранах демонстрируют подобное поведение при различном содержании воды, что указывает на наличие схожих процессов в микромеханизмах миграции воды и протонов. В работе предложена аналитическая модель, объясняющая повышенную протонную проводимость воды в мезопористых материалах со структурой наноцилиндрических каналов. На основании проведенных исследований сделан вывод, что эффект H2O/D2O замещения на величину коэффициента самодиффузии воды в протонообменных мембранах связан с изменением момента инерции молекул воды, а процесс самодиффузии определяется временем ее вращения. Предложен эффективный метод импульсной активации водородно-воздушного топливного элемента (ВВТЭ) на основе протонообменной мембраны. Создан прототип батареи ВВТЭ, внедренный в серийное производство образовательных стендов по водородной энергетике.