Химики Центра компетенций НТИ при ИПХФ РАН «Технологии новых и мобильных источников энергии» обнаружили аномальное поведение ионной проводимости хорошо известного полимерного электролита. Результаты исследования опубликованы в Journal of the Electrochemical Society.

Хорошо известные жидкие электролиты – не лучшая форма для ежедневного использования в быту. В этом мы можем убедиться на примере автомобильного аккумулятора, аккумулятора ноутбука или обычной щелочной батарейки: всегда существует риск протечки, испарения, возгорания. К тому же в ближайшем будущем нас ожидает переход на гибкие устройства, поэтому полимерные электролиты с их эластичностью станут практически незаменимы. Уже сейчас они активно внедряются в массовое производство.

Темой новой работы черноголовских химиков стали свойства одной из самых известных полимерных электролитических мембран «Нафион» фирмы DuPont. Она выпускается массово, не разрушается и не реагирует, если в воздухе есть кислоты, выдерживает относительно высокие температуры, обладает высокой ионной проводимостью (что дает высокую производительность), ее можно тянуть и она не рвется.

Химическая структура мембраны

Самая изученная форма полимера – кислая, проводящая протон. Она находит применение в водородно-воздушных топливных элементах, элекролизерах. Именно в кислой форме полимер поставляет производитель, однако нафион легко переводится в солевые формы. Например, в литиевую форму, применяемую в популярных литий-ионных аккумуляторах.

Перед началом исследований возникла идея увеличить проводимость, заменив протон на другой катион, например ион аммония (NH4+), и пластифицировать его в неводном растворителе.

Ученые перевели нафион в аммонийную форму и, чтобы проверить увеличилась ли проводимость, стали изучать влияние количества неводного растворителя диметилсульфоксида (ДМСО) на свойства ионной проводимости.

В результате оказалось, что в зависимости от содержания ДМСО в полимерном электролите в отношении к количеству ионов аммония мембрана показывает три типа поведения электролита, что делает такую систему очень перспективной по широте применения в источниках энергии.