ИСТИНА

Одной из наиболее актуальных задач современного мира является разработка новых технологий и материалов в области альтернативных источников тока. Самыми перспективными из них являются химические источники тока, включающие широкий диапазон устройств – от водородных топливных элементов до литий-ионных аккумуляторов и проточных ванадиевых батарей [1]. Одним из ключевых элементов в таких устройствах является сепаратор, разделяющий два электрода. Повышение эффективности работы устройств в целом часто связанно именно с повышением эффективности работы сепаратора [2]. Во многих химических источниках тока в качестве сепаратора используется дешёвая коммерческая пористая полиолефиновая мембрана Celgard, обладающая хорошей химической стабильностью. Однако, такие гидрофобные пористые матрицы, смачивающиеся неводными электролитами, распространённые в литий-ионных аккумуляторах, не могут быть эффективно использованы в электрохимических источниках тока некоторых других типов (топливные элементы, проточные батареи) так как не смачиваются полярными средами [3]. Тем не менее, модификация таких полиолефиновых мембран с целью повышения их аффинности к водным электролитам может позволить использовать их в существенно более широком диапазоне устройств. Хитозан, в свою очередь, является широко используемым материалом для модификации различных поверхностей [4]. Несмотря на то, что хитозан является природным, а не синтетическим полимером, он проявляет требуемую высокую стабильность в электрохимических источниках тока и рассматривается как возможный материал для модификации мембран проточных ванадиевых батарей. При модификации хитозаном пористых гидрофобных мембран можно ожидать два механизма повышения эффективности сепаратора: во-первых, при повышении аффинности композитной мембраны к водному электролиту повысится (или станет наблюдаемой) протонная проводимость материала, а во-вторых, размер пор композитной мембраны сократится, что повысит ионную селективность сепаратора. Оба этих параметра (протонная проводимость и ионная селективность) играют ключевую роль в эффективной работе сепаратора [5]. Целью представленной работы была модификация полиолефиновых мембран Celgard с помощью хитозана. В работе был применён предложенный ранее метод предобработки полиолефиновых мембран в пероксиугольной кислоте, позволяющий функционализировать поверхность мембраны для последующего нанесения слоя хитозана [6]. Предобработанные таким образом мембраны помещали в раствор хитозана в угольной кислоте и выдерживали заданное время. В результате полимерная матрица покрывалась слоем хитозана. Кроме того, полимерные матрицы дополнительно модифицировались наночастицами кремнезёма, для дополнительного повышения гидрофильности и сокращения размеров пор. Полученные композиты были исследованы комплексом методов: были охарактеризованы морфология, протонная проводимость и ионная проницаемость образцов, получены данные по их гидрофильным свойствам. Было показано, что предлагаемая модификация оказывает положительное влияние на ключевые характеристики модифицируемых сепараторов и может применяться для материалов в реальных химических источниках тока.