Transport properties of MF-4SK perfluorinated membranes modified with zirconium hydrogen phosphate

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Physicochemical and transport characteristics of cast and extruded MF-4SK perfluorinated membranes modified with zirconium hydrogen phosphate in an amount of 3–10% are studied. The inorganic phase is formed in the membrane volume by pore-filling method. The effect of zirconium hydrogen phosphate content on the exchange capacity, water content, diffusion permeability for electrolyte solution, hydrogen gas permeability and conductivity at limited humidity of the MF-4SK membrane, as well as the efficiency of its use in a proton exchange membrane fuel cell are studied. A non-monotonic change in transport characteristics from the dopant content is shown. The lowest diffusion permeability and maximum electrical conductivity at low humidity possesses the membrane containing 6% zirconium hydrogen phosphate. The maximum specific power of the proton-exchange membrane fuel cell with modified membranes as a polymer electrolyte is 17% higher compared to the original MF-4SK. This result is caused by lower ohmic resistance and kinetic limitations of membrane-electrode assembly with modified samples compared to the non-modified membrane, revealed on the basis of an analysis of its impedance spectra.

About the authors

I. V. Falina

Kuban State University

Author for correspondence.
Email: irina_falina@mail.ru
Russian Federation, 149 Stavropol Street, Krasnodar, 350040

E. E. Meshcheryakova

Kuban State University

Email: irina_falina@mail.ru
Russian Federation, 149 Stavropol Street, Krasnodar, 350040

K. M. Lyapishev

Kuban State University

Email: irina_falina@mail.ru
Russian Federation, 149 Stavropol Street, Krasnodar, 350040

K. S. Demidenko

Kuban State University

Email: irina_falina@mail.ru
Russian Federation, 149 Stavropol Street, Krasnodar, 350040

E. V. Titskaya

Kuban State University

Email: irina_falina@mail.ru
Russian Federation, 149 Stavropol Street, Krasnodar, 350040

S. V. Timofeev

OAO “Plastpolymer”

Email: irina_falina@mail.ru
Russian Federation, 32 Polyustrovsky ave., St. Petersburg, 195197

N. A. Kononenko

Kuban State University

Email: irina_falina@mail.ru
Russian Federation, 149 Stavropol Street, Krasnodar, 350040

References

  1. Safronova E.Yu., Lysova A.A., Voropaeva D.Yu., Yaroslavtsev A.B. // Membranes. 2023. V. 13. № 8. P. 721.
  2. Zhu L., Li Yu., Liu J., He J., Wang L., Lei J. // Petroleum Science. 2022. V. 19. P. 1371.
  3. Lehmann M.L., Tyler L., Self E.C., Yang G., Nanda J., Saito T. // Chem. 2022. V. 8. № 6. P. 1611.
  4. Стенина И.А., Ярославцев А.Б. // Мембраны и мембранные технологии. 2024. Т. 14. № 1. С. 19.
  5. Zaton M., Roziere J., Jones D.J. // Sustainable Energy Fuels. 2017. V. 1. P. 409.
  6. Сафронова Е.Ю., Шалимов А.С., Волков В.И., Ярославцев А.Б. // Высокомолекулярные соединения (серия А). 2013. T. 55. № 11. C. 1359.
  7. Brooker P.R., Bonville L.J., Slattery D.K. // J. Electrochem. Soc. 2013. V. 160. № 1. P. F75.
  8. Rajeswari J., Ziegler Z., Haugen G.M., Hamrock S.J., Herring A.M. // ECS Trans. 2011. V. 41. P. 1561.
  9. Tellez-Cruz M.M., Escorihuela J., Solorza-Feria O., Compañ V. // Polymers. 2021. V. 13. № 18. P. 3064.
  10. Xu Ya., Liang X., Shen X., Yu W., Yang X., Li Q., Ge X., Wu L., Xu T. // J. Membr. Sci. 2024. V. 689. P. 122167.
  11. Guodong X., Anqi K., Feng J., Yuxin L., Zhiyuan Zh., Rongguan L., Bing H., Jing L., Chengwei D., Yuzhen S., Weiwei C. // Fuel. 2024. V. 361. P. 130706.
  12. Saccà A., Gatto I., Carbone A., Pedicini R., Maisano S., Stassi A., Passalacqua E. // Internation J Hydrogen Energy. 2019. V. 44. № 59. P. 31445.
  13. Xiao Sh., Zhang H., Bi Ch., Zhang Yi., Ma Yu., Li X., Zhong H., Zhang Yu. // J. Power Sources. 2010. V. 195. № 24. P. 8000.
  14. Alberti G. // Acc. Chem. Res. 1978. V. 11. № 4. P. 163.
  15. Taniuchi T., Ogawa T., Yoshida M., Nakazono T., Ishihara K.N. // Internation J Hydrogen Energy. 2023. V. 48. № 80. P. 31337.
  16. Pica M., Donnadio A., Casciola M. // Coord. Chem. Rev. 2018. V. 374. P. 218.
  17. Al-Othman A., Nancarrow P., Tawalbeh M., Ka’ki A., El-Ahwal K., El Taher B., Alkasrawi M. // Internation J Hydrogen Energy. 2021. V. 46. № 8. P. 6100.
  18. Costamagna P., Yang C., Bocarsly A.B., Srinivasan S. // Electrochimica Acta. 2002. V. 47. P. 1023.
  19. Zlotorowicz A., Sunde S., Seland F. // Internation J Hydrogen Energy. 2015. V. 40. № 32. P. 9982.
  20. Ozden A., Ercelik M., Ozdemir Ya., Devrim Yi., Ozgur Colpan C. // Internation J Hydrogen Energy. 2017. V. 42. № 33. P. 21501.
  21. Bauer F., Willert-Porada M. // J. Membr. Sci. 2004. V. 223. № 1–2. P. 141.
  22. Chabé J., Bardet M., Gébel G. // Solid State Ionics. 2012. V. 229. P. 20.
  23. Shkirskaya S.A., Kononenko N.A., Timofeev S.V. // Membranes. 2022. V. 12. № 10. P. 979.
  24. Kuan H.-C., Wu C.-S., Chen C.-Y., Yu Z.-Z., Dasari A., Mai Y.-W. // Electrochemical and Solid-State Letters. 2006. V. 9. № 2. P. A76.
  25. Шалимов А.С. и др. Ж. Неорганической химии. 2009. Т. 54. № 3. C. 403.
  26. Kononenko N.A., Fomenko M.A., Volfkovich Yu.M. // Adv. Colloid Interface Sci. 2015. V. 222. P. 425.
  27. Tang Q., Li B., Yang D., Ming P., Zhang C., Wang Y. // Internation J Hydrogen Energy. 2021. V. 46. P. 22040.
  28. Gierke T.D., Munn G.E., Wilson F.C. // J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 1981. V. 19. № 11. P. 1687.
  29. Gebel G., Aldebert P., Pineri M. // Macromolecules. 1987. V. 20. P. 1425.
  30. Sigwadi R., Dhlamini M.S., Mokrani T., Ṋemavhola F., Nonjola P.F., Msomi P.F. // Heliyon. 2019. V. 5. № 8. P. e02240.
  31. Trobajo C., Khainakov S.A., Espina A., García J.R. // Chem. Mater. 2000. V. 12. № 6. P. 1787.
  32. Filippov A., Petrova D., Falina I., Kononenko N., Ivanov E., Lvov Yu., Vinokurov V. // Polymers. 2018. V. 10. № 4. P. 366.
  33. Volfkovich Yu.M., Sosenkin V.E. // Russ. Chem. Rev. 2012. V. 81. P. 936.
  34. Novikova S. A., Safronova E. Yu., Lysova A. A., Yaroslavtsev A. B. // Mendeleev Commun. 2010. V. 20. P. 156.
  35. Сафронова Е.Ю. Материалы на основе модифицированных перфторированных сульфосодержащих мембран с новым комплексом функциональных свойств: дисс. док. хим. наук. – М., 2023. – 286 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».