Нафион

Препятствием для развития новых технологий нередко является труднодоступность материалов с редкими свойствами, которые могут не быть доступными для массового производства. Однако появление полимеров с подобными свойствами часто позволяет решить подобный вопрос и дают шанс к развитию и внедрению труднодоступной ранее технологии. Одним из подобных материалов является нафион-иономер перфторсульфоната, впервые синтезированный Вальтером Гроттом в конце 60тых годов. Этот материал обладает множеством уникальных свойств, важнейшим из которых является свойство протонной проводимости, используемое при производстве топливных элементов. Основной функцией подобной мембраны является пропуск ионов водорода и задержание электронов. Современный топливный элемент состоит из тонкой (от 50 мкм до 250 мкм) нафионовой пленки, покрытой с двух сторон катализатором (анодным и катодным); к слоям катализатора прижаты пластины — токосъёмники, сделанные из какого-нибудь (тут возможны самые разные варианты) газопроницаемого пористого материала, хорошо проводящего электричество. За счет ярко выраженных гидрофобных свойств перфторированного скелета и наличия полярных сульфогрупп в мембране происходит самоорганизация, в процессе которой образуются транспортные каналы, богатые водой и сульфогруппами, которые разделены гидрофобными полимерными цепями. Такая уникальная структура обеспечивает мембранам Nafion® одновременно высокую протонную проводимость и механическую прочность. Кроме того, такие мембраны имеют чрезвычайно высокую химическую стойкость (как к гидролизу, так и к окислению), сравнимую с тефлоном и высокую термостойкость. Возможности использования нафионовой пленки делает появление массовых топливных элементов возможным в самом ближайшем будущем.