Лаборатория ионоселективных мембран

Номер договора

075-15-2022-1117

Период реализации проекта

2022-2024

Сайт лаборатории

с декабря 2023 Чураков Андрей Викторович Россия

2022 - 2023 Амедюри Брюно Мишель Франция

По данным на 01.12.2023

Количество специалистов

научных публикаций

Объектов интеллектуальной собственности

Название проекта:

Самоорганизующиеся фторированные полимеры для создания перерабатываемых мембран с оптимизированной протонной проводимостью

Направление исследований: Технологии материалов

Цель проекта:

Разработка нового класса экономичных протонообменных мембран (PEM), имеющих в своем составе фторированную матрицу и сульфокислоты, для обеспечения требуемой химической стабильности и механизма переноса протонов при одновременном использовании процессов молекулярной самосборки для управления топологией и ориентацией каналов в конечных мембранах.

Задачи проекта:

Данный проект направлен на разработку перерабатываемых фторированных полимеров, содержащих кислотные группы и способных самоорганизовываться в трехмерные структуры таким образом, чтобы обеспечить более эффективную перколяцию, чем в существующих коммерческих ионных мембранах, таких как Nafion TM. Важно отметить, что, в отличие от Нафиона, вновь разработанные материалы будут пригодны для вторичной переработки, поскольку вместо использования кристаллического каркаса из тетрафторэтилена они будут построены на основе винилиденфторидной платформы, которая может быть легко деполимеризована, например, в основной среде. Помимо сополимеров производных поливиниледенфторида, в рамках проекта будут разработаны и испытаны новые щеточные полимеры, включающие гомополимеры и блок-сополимеры, содержащие протонообменные боковые группы и основную полимерную цепь с контролируемой стереорегулярностью. Подобные молекулярные архитектуры позволят создать новый класс экономичных протонообменных мембран на основе фторированной матрицы и сульфокислоты, чтобы сохранить необходимую химическую стабильность и механизм протонного транспорта, при этом интегрируя самоорганизующиеся фрагменты в структуру полимера. Реализация текущего проекта будет основана на совместных усилиях французской и российской исследовательских групп, которые возьмут на себя задачи, связанные с синтезом новых фторированных полимеров/олигомеров, углубленными морфологическими исследованиями разработанных полимерных материалов и физико-химическими исследованиями конечных ионных мембран, а также задачи по испытанию топливных элементов на основе созданных в проекте мембран.

Научные результаты:

Разработаны новые ион-проводящие мембраны на основе иономера с короткими боковыми цепями и перфторированной сульфоновой кислоты для топливных элементов нового поколения.

Исследованы процессы формирования мембран из дисперсий при различных условиях, что позволяет оптимизировать методику получения и повысить транспортные свойства.

Экспериментальные исследования и моделирование показали роль кристаллической структуры в формировании топологии каналов для повышения селективности и протонной проводимости.

Прототипы топливных элементов на основе полученных мембран продемонстрировали характеристики, аналогичные лучшим зарубежным аналогам.

Внедрение результатов исследования:

Внедрение результатов планируется после завершения проекта с привлечением ведущих производителей фторсодержащих мембран в РФ

Организационные и инфраструктурные преобразования:

На базе химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова создана международная лаборатория, оснащенная современным аналитическим оборудованием. Оборудование используется для образовательной деятельности, реализации научных проектов и для привлечения индустриальных партнеров.

Образование и переподготовка кадров:

В рамках проекта проведено обучение сотрудников химического факультета МГУ методам синтеза и характеризации новых иономерных материалов с использованием оборудования Лаборатории ионоселективных мембран. Организованы стажировки студентов и командировки сотрудников в КубГУ и Университет Сириус, где они обучались работе на новейшем микроскопическом и рентгеноструктурном оборудовании. Разработаны и внедрены в учебный процесс новые курсы лекций по теме исследований, охватывающие теоретические и практические аспекты использования современного оборудования для структурного анализа материалов. Активное вовлечение студентов в проект способствовало их профессиональному росту и подготовке научных публикаций и патентов по тематике проекта.

Сотрудничество:

Университет Сириус
Кубанский государственный университет
ООО «Инэнерджи»

Скрыть Показать полностью

S. Mareev, А.Gorobchenko, D.Anokhin, V.Nikonenko.

Ion and Water Transport in Ion-Exchange Membranes for Power Generation Systems: Guidelines for Modeling. International Journal of Molecular Sciences, 2022.

D. Anokhin, A. Maryasevskaya, A. Abukaev, U. Ozkose, A. Buglakov, D. A. Ivanov, B. Améduri .

Synthesis of Calamitic Fluorinated Mesogens with Complex Crystallization Behavior. Molecules, 2023.

M. Ponomar, V. Ruleva, V. Sarapulova, N. Pismenskaya, V. Nikonenko, A. Maryasevskaya, D. Anokhin, D. Ivanov, J. Sharma, V. Kulshrestha, B. Améduri

Structural Characterization and Physicochemical Properties of Functionally Porous Proton-Exchange Membrane Based on PVDF-SPA Graft Copolymers. International Journal of molecular Sciences, 2024.

A. V. Dobrynin, Y. Tian, M. Jacobs, E. A. Nikitina, D. Ivanov, M. Maw, F. Vashahi, S.S. Sheiko.

Forensics of polymer networks. Nature Materials, 2023,

A.G. Kislyi, A.E. Kozmai, S.A. Mareev, M.A. Ponomar, D.V. Anokhin, D.A. Ivanov, A.Z. Umarov, A.V. Maryasevskaya, V.V. Nikonenko.

Mathematical modeling of the transport characteristics of a PVDF-based cation-exchange membrane with low water content, Journal of Membrane Science, 2024.

Программа для расчета транспортных характеристик протонпроводящих мембран на основе ПВДФ с использованием их структурных параметров.

Авторы: Мареев С. А., Никоненко В.В., Горобченко А.Д., Анохин Д.В., Марясевская А.В., Иванов Д. А. Программа для ЭВМ, 06.12.2023.

Метод создания градиента температур и исследования структуры полимерных образцов с термоэлектрическими свойствами методом рентгеновской дифракции в геометрии скользящего пучка.

Авторы: Рычков А.А., Анохин Д.В., Марясевская А.В., Синева Л.О., Максимович М.С. Секрет производства, 2023.

Понедельник , 25.03.2024

Химики МГУ нашли способ контролировать синтез трехмерных полимерных сеток

Четверг , 29.06.2023

Как создать мембраны с улучшенной протонной проводимостью

Четверг , 08.06.2023

Инновационный материал для «зеленой» энергетики

Смотреть все

Лаборатория, принимающая организация	Область наук	Город	Приглашенный ученый	Период реализации проекта
Лаборатория ультра широкозонных полупроводников Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» - (НИТУ МИСиС)	Технологии материалов	Москва	Кузнецов Андрей Юрьевич Швеция	2022-2024
Научно-исследовательская лаборатория «Нейроэлектроника и мемристивные наноматериалы» (НЕЙРОМЕНА) Южный федеральный университет - (ЮФУ)	Технологии материалов	Таганрог	Пак Бэ Хо Корея	2022-2024
Лаборатория перспективных сталей для сельскохозяйственной техники Российский государственный аграрный университет – МСХА им. К. А. Тимирязева - (РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева)	Технологии материалов	Москва	Кайбышев Рустам Оскарович Россия	2021-2023