Energetika inqirozi milliy iqtisodiy rivojlanishning asosiy muammolaridan biridir. O'tgan asrdan beri ko'pchilik sanoat va transport tarmoqlari issiqxona gazlari chiqindilarining asosiy manbai bo'lgan asosiy energiya manbai sifatida qazib olinadigan yoqilg'iga tayanadi. Fotoalbom yoqilg'ilardan foydalanishni almashtirish va nol uglerod emissiyasi strategiyasini amalga oshirishga ko'maklashish uchun quyosh energiyasi, shamol energiyasi va geotermal energiya kabi qayta tiklanadigan energiya texnologiyalarini rivojlantirish zarur.
Biroq, tabiiy resurslarning notekis taqsimlanishi qayta tiklanadigan energiyadan keng miqyosda foydalanishda cheklovlarga olib keldi. Shu sababli, energiyani osongina saqlashi mumkin bo'lgan va transport, sanoat, kosmik va turar-joylarda energiya ishlab chiqarishda keng qo'llanilishi mumkin bo'lgan ideal energiya tashuvchi texnologiyalarni ishlab chiqish dolzarbdir. Vodorod texnologiyasining nol uglerod chiqindilariga erishish salohiyati tufayli so'nggi bir necha o'n yilliklarda vodorod ishlab chiqarish texnologiyasi rivojlangan mamlakatlarda keng qo'llanildi.
Yashil iqtisodiyot va nol uglerod chiqindilariga erishish uchun suv elektroliziga asoslangan texnologiya istiqbolli yechim hisoblanadi. Vodorod gazi selektiv anodlar va katodlar bilan jihozlangan elektroliz qurilmasida to'g'ridan-to'g'ri oqimni qo'llash orqali suvning elektrolizi orqali ishlab chiqarilishi mumkin. Ushbu elektroliz qurilmalari elektrolizatorlar deb ataladi. Qo'llaniladigan membrana materiallariga ko'ra elektrolizatorlar asosan uchta toifaga bo'linadi: proton almashinadigan membran elektrolizatorlari (PEM), anion almashinadigan membran elektrolizatorlari (AEM) va qattiq oksidli membran elektrolizatorlari (SOEC).
PEM va SOEC dan farqli o'laroq, AEM bipolyar plitalar sifatida arzonroq zanglamaydigan po'lat plitalardan foydalanadi va o'tish metalliga asoslangan katalizatorlardan foydalanadi, bu esa uni tejamkor texnologiyaga aylantiradi. Biroq, AEM ish faoliyatini yaxshilashda hali ham ba'zi muammolar mavjud, jumladan, asosan yuqori gidroksidi muhitda membranalar va katalizatorlarning barqarorligi.
Anion almashinuvi membranasi (AEM) hosil bo'lgan gazning tozaligini yaxshilash uchun anion uzatish, katod va anodni izolyatsiya qilish va vodorod va kislorod o'zaro faoliyat gazining oldini olishda asosiy rol o'ynaydi. Yuqori ion o'tkazuvchanligi, mukammal mexanik xususiyatlari, termal barqarorligi va kimyoviy barqarorligi bilan anion almashinuvi membranalarini ishlab chiqish AEMWE'larning umumiy ishlashi va ishlash muddatini sezilarli darajada yaxshilashga yordam beradi, bu ularni barqaror energiya yechimlariga erishishda muhim rol o'ynaydi. roli.
Bir nechta tadqiqotlar manfiy zaryadlangan gidroksid ionlarini tanlab o'tishga imkon beruvchi anion almashinadigan membranalarni (AEM) yoki katyonik polimer membranalarini (CPM) 1, 2 yaratishga bag'ishlangan. Ushbu tadqiqotlarga asoslanib, AEMlarni ikki toifaga bo'lish mumkin (2-rasm): (i) aril efirlari bo'lgan AEMlar va (ii) aril efirlari bo'lmagan AEMlar.
Efirga asoslangan AEMlarda odatda perftorli guruhlar, sulfonil guruhlari va karbonil guruhlari kabi elektronni tortib oluvchi guruhlar mavjud. Ushbu guruhlar efir bog'ining barqarorligini pasaytiradi va ishqoriy sharoitda nukleofil hujumning asosiy joylariga aylanadi, natijada efir bog'ining tez buzilishi va AEM ning chidamliligi pasayadi.
Aril efirsiz AEMlarga poliolefinlar (masalan, polifenilen, polietilen va polistirol), poli(arilpiperidinlar) (PAP), poli(benzimidazollar) (PBI), poli(fenilenalkil) (PPA) va Troger asosi (TB) polimeri kiradi. - asoslangan AEMlar. Ushbu polimerlarning strukturaviy xilma-xilligi ion almashish qobiliyati (IEC), ion o'tkazuvchanligi (IC), suvni qabul qilish qobiliyati (WUC) va kimyoviy-termik barqarorlik kabi yakuniy membrana xususiyatlarini aniqlaydi.
Bundan tashqari, sintetik marshrutlar va reagentlarning mavjudligi ham membrana materiallarini tayyorlashda muhim rol o'ynaydi. Masalan, poliolefinlar (PO), polifenilenlar (PP) va ularning sopolimerlarini ftorlangan monomerlar bilan sintez qilish odatda bir nechta oraliq bosqichlarni yoki keyingi tuzatish bosqichlarini talab qiladi, bu esa tijorat reagentlarining tanqisligi bilan birgalikda ularni qimmatga keltiradi va keng ko'lamli ishlab chiqarishni cheklaydi. .
Bu polimerlarda ko'p kondensatsiyalangan aromatik uglevodorodlar mavjudligi sababli hosil bo'lgan membranalar nisbatan qattiq va past molekulyar og'irliklarga ega. Shuning uchun bu polimerlarning suvni yutish qobiliyati, ion almashish qobiliyati va ion o'tkazuvchanligi ham past bo'lib, ularning ishlashi cheklangan. Kimyoviy barqarorlik nuqtai nazaridan, polifenilenlar (PP) yon zanjirlar sifatida to'rtlamchi ammoniy azot atomlarini o'z ichiga oladi va azot atomi yonida faqat bitta uglerod atomi mavjud, bu ularni ishqoriy muhitda boshqa polimerlarga qaraganda ancha barqaror qiladi. Biroq, uzunroq uglerod zanjiriga ega bo'lgan polimerlar (2-6 uglerod atomigacha) zaif kimyoviy barqarorlikka ega va bitta uglerod atomini o'z ichiga olgan to'rtlamchi ammoniy azoti kabi barqaror emas.
Boshqa tomondan, PBI polimerlari mukammal mexanik xususiyatlarga, kimyoviy barqarorlikka va issiqlik barqarorligiga ega bo'lsa-da, ular suvni singdirish qobiliyati (WUC) va ion o'tkazuvchanligi (IC) tufayli ishqoriy muhitda yomon ishlaydi. Bundan tashqari, PBI sintezida ishlatiladigan reagentlar nisbatan qimmat, bu ham uning boshqa polimerlarga nisbatan tanlov ustunligini kamaytiradi.
Hozirgi vaqtda poli(arilpiperidin) (PAP) asosidagi AEMlar monomerlarning keng mavjudligi, struktura xilma-xilligi va monomerlarning o'zgarishi natijasida erishilgan o'zgaruvchan jismoniy xususiyatlar tufayli so'nggi yillarda katta e'tiborni tortadigan polimerlar sinfiga aylandi. Ushbu mahsulot ommaviy ishlab chiqarilgan va tijorat maqsadlarida qo'llanilgan. Ushbu turdagi AEM membranasi tezlashtirilgan qarish tajribalarida sinovdan o'tkazildi va o'n minglab soatdan ortiq kimyoviy xizmat muddati o'lchandi va hali ham ortib bormoqda.
Bundan farqli o'laroq, TB polimerlari ko'p funktsiyali polimerlar sinfi bo'lib, ular ikki aromatik halqa o'rtasida azot atomlari orqali birlashtirilgan tuzilmalar hosil bo'lishi bilan tavsiflanadi. Ikki azot atomining birikmasi tufayli bo'shliq yoki kanal hosil bo'lib, gidroksil ionlarining uning ichida erkin harakatlanishiga imkon beradi va shu bilan ion almashish qobiliyatini (IEC), ion o'tkazuvchanligini (IC) va suvni yutish qobiliyatini (WUC) oshiradi. Bunday polimerlar o'zgartirilgan mexanik xususiyatlar tufayli uzoq zanjirli polimerlarga qaraganda sezilarli darajada yaxshi mexanik xususiyatlarga ega. Sil polimer tuzilishida -vodorod atomlarining etishmasligi tufayli u nukleofil hujumlarni samarali oldini oladi, shuning uchun uning ishqoriy barqarorligi sezilarli darajada yaxshilanadi.
Joriy tadqiqot ishida biz mo'l-ko'l ion kanallari, {0}}% suvni singdirish qobiliyati, 1,5 dan 2,0 meq ion almashish qobiliyatiga ega bo'lgan narvon strukturasi yo'nalishi bo'lgan TB polimerini muvaffaqiyatli loyihalashtirdik. /g, va ion O'tkazuvchanlik 160-170 mS/sm va ishqoriy muhitda barqarorlik 1200 soatdan oshdi.