Сотрудники Московского центра перспективных исследований, НИТУ МИСИС и ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН провели сравнение двух методов приготовления дисперсий перфторированных сульфокислотных иономеров. Эти вещества, известные под марками Nafion и Aquivion, применяются для создания протон-проводящих мембран и слоев в водородных топливных элементах и электролизерах. Результаты работы были представлены в журнале Membranes.
Основной задачей ученых стало сопоставление традиционного автоклавного метода и альтернативного подхода с использованием гомогенизатора высокого давления (HPH). Классическая технология требует нагрева, создания повышенного давления и включает несколько стадий, что в сумме занимает более десяти часов. Новый способ, при котором суспензию полимера пропускают через узкий канал под давлением 100 МПа, оказался примерно в десять раз быстрее. Весь процесс подготовки вместе с очисткой укладывается в полтора часа.
Кроме экономии времени, метод HPH позволяет сразу получать более концентрированные дисперсии — до 16 массовых процентов, тогда как автоклавный стартует с одного-двух процентов. При изучении размеров частиц выяснилось, что для Nafion показатели оказались сопоставимыми. Для Aquivion новый метод показал себя даже эффективнее: средний гидродинамический радиус агрегатов снизился с 514 до 248 нанометров. Это означает, что полимер распределяется в растворителе более равномерно.
Авторы работы также проверили устойчивость полученных систем и их вязкость. Оба параметра остались в пределах нормы, что делает дисперсии пригодными для дальнейшего нанесения на подложки. При изучении готовых пленок после отжига выяснилось, что первоначальная неоднородность образцов из HPH-дисперсий полностью исчезает. Термообработка позволяет полимеру перестроиться и сформировать качественную структуру. Исследователи пришли к выводу, что гомогенизатор высокого давления может стать полноценной заменой автоклавному оборудованию, что ускорит создание материалов для водородной энергетики.
Ранее был найден способ заменить дорогую платину в водородной энергетике.
