Монослойные нанолисты гексагонального нитрида бора как протонопроводящие газовые барьеры для электролиза воды в полимерно-электролитной мембране

В электролизере воды с протонообменной мембраной (PEM) низкие барьерные свойства обычных мембран из перфторсульфоновой кислоты (PFSA) приводят к деградации мембраны и риску взрыва, связанному с безопасностью. В настоящей работе исследуется потенциал монослойного гексагонального нитрида бора (hBN) в качестве эффективного барьера для водорода в PEM электролизера воды. Композитную мембрану hBN/Nafion получают переносом монослойного hBN большой площади (∼25 см²), синтезированного методом химического осаждения из газовой фазы, на мембрану Nafion 117. Этот монослойный hBN толщиной в один атом, известный непроницаемостью для большинства молекул, за исключением протонов, значительно повышает барьерные свойства Nafion 117 по отношению к водороду даже при высоких температурах и увеличивает механическую стабильность мембраны. Хотя наблюдается компромисс между протонной проводимостью и барьерными свойствами по отношению к водороду, эффективность электролиза воды в ячейке с композитной мембраной повышается при увеличении рабочей температуры при минимальном снижении протонной проводимости. Использование монослойного hBN снижает проницаемость для водорода примерно на 40%, тогда как соответствующая эффективность электролиза уменьшается на 19% по сравнению с исходным Nafion. Кроме того, улучшенные газобарьерные свойства композитной мембраны обеспечивают несколько более высокую долговременную стабильность (100 ч), чем у Nafion 117.