Zwiększanie trwałości membran do ogniw paliwowych Naukowcy korzystający ze środków finansowych UE opracowali nowe, trwalsze membrany do stacjonarnych ogniw paliwowych. Rozwiązali problem konieczności dokonywania kompromisów przy doborze materiału membran poprzez zwiększenie zarówno stabilności mechanicznej, jak i przewodności. Energia © Thinkstock Ogniwo paliwowe wytwarza energię poprzez reakcję chemiczną paliwa z tlenem. Jednym z rodzajów takich ogniw są PEM, czyli ogniwa z polimerową membraną protonowymienną, pełniącą funkcję elektrolitu. Te półprzepuszczalne membrany są zwykle wytwarzane z jonomerów i mają za zadanie przepuszczać protony i zatrzymywać gazy. Do tej pory ogniwa PEM ulegały jednak częstym awariom, głównie z powodu uszkodzenia mechanicznego membrany. Aby zwiększyć ich trwałość i czas eksploatacji ustanowiono projekt "Membranes for stationary application with robust mechanical properties" (MAESTRO). Jednym z najpowszechniejszych i najdostępniejszych na rynku materiałów PEM jest kopolimer kwasu perfluorosulfonowego i politetrafluoroetylenu (PFSA). Projekt MAESTRO umożliwił znaczące postępy w uzyskiwaniu lekkich jonomerów PFSA o udoskonalonych właściwościach mechanicznych w porównaniu z obecnym stanem wiedzy. Jonomery odniesienia uważano za najlepszy materiał stworzony dotąd w laboratorium. Jednakże w projekcie MAESTRO wykazano, że nie były one optymalne pod względem trwałości, gdy zespoły elektrod membranowych (MEA) oceniano po 100 godzinach ciągłej pracy. Naukowcy korzystali więc z lekkich jonomerów, aby zrealizować postawiony sobie cel stworzenia membran o ulepszonych właściwościach mechanicznych. Przyjęli podejście oparte na stosowaniu metod przetwarzania chemicznego i termicznego oraz wzmacniania materiału wypełniaczami. Szczególny nacisk kładziono na badanie sieciowania jonowego podczas polimeryzacji emulsji i odlewania membran. Tą metodą uzyskano nieliniowe molekuły jonomerów o masie molekularnej pozwalającej przezwyciężyć problemy związane ze zmianami wielkości membrany, tj. jej puchnięciem. Naukowcy korzystają też z elektrowirowania, aby uzyskać organiczne i nieorganiczne włókna do wzmacniania mechanicznego lekkich jonomerów odniesienia. Wzmacnianie nanowłóknami umożliwiło znaczącą poprawę właściwości mechanicznych uzyskanych membran oraz ich większą trwałość, przy czym przewodność w porównaniu z membranami odniesienia również była większa. Inną metodą wzmacniania mechanicznego jonomerów odniesienia było sieciowanie jonowe z wykorzystaniem nanocząstek. Przygotowano szereg membran z wypełniaczami z nanocząstek o różnej hydrofobowości. Testy in situ polegające na przyspieszaniu degradacji mechanicznej dowiodły większej trwałości ustabilizowanych MEA oraz wykazały, że straty napięcia po ponad 2000 godzin pracy były mniejsze niż 3%. Wyniki projektu zostały udostępnione w publikacjach i na stronie internetowej projektu. Słowa kluczowe Membrany do ogniw paliwowych, stabilność mechaniczna, membrana protonowymienna, właściwości mechaniczne, jonomery PFSA
