На пути к устойчивым протонообменным мембранам: материалы и проблемы электролиза воды

В статье представлен сравнительный анализ устойчивых полимерных мембран на основе биополимеров и Nafion применительно к протонообменным мембранам (PEM) для электролизёров воды. Nafion, перфторированный полимер, длительное время являлся стандартным материалом для PEM-применений благодаря высокой протонной проводимости и химической стабильности. Однако проблемы устойчивости, связанные с его производством, жизненным циклом и стоимостью, обусловливают необходимость поиска альтернативных материалов, способных обеспечить сопоставимые эксплуатационные характеристики при меньшем воздействии на окружающую среду. Наиболее перспективным альтернативным полимером для PEM-электролизёров, по-видимому, является целлюлоза, обладающая хорошей термической стабильностью при 200 °C и водопоглощением 35%, что немного выше показателя мембран Nafion, для которых водопоглощение составляет около 30%. Устойчивые PEM также характеризуются значительно меньшей проницаемостью по водороду: например, проницаемость хитозана составляет 7 барреров, тогда как для Nafion этот показатель превышает 100 барреров. Основными недостатками устойчивых мембран являются протонная проводимость и долговечность, по которым мембраны Nafion по-прежнему превосходят их. В обзоре также рассматриваются механические свойства, химическая стойкость, методы получения и экономическая эффективность. Устойчивые полимеры обладают перспективными свойствами для обеспечения эффективного производства водорода, особенно в динамических условиях эксплуатации, создаваемых возобновляемыми источниками энергии.