Введение
Глава 1. Литературный обзор 20
1.1 Топливные элементы 20
Принцип действия и типы ТЭ 20
Принципиальные проблемы электродов полимер-электролитных и фосфорнокислотных ТЭ 29
1.2 Явление гидрофобности 33
Смачивание однородных поверхностей. Феноменологическая теория Юнга 33
Смачивание неоднородных поверхностей. Гистерезис смачивания 35
Явление супергидрофобности 38
Методы придания поверхностям стабильных гидрофобных свойств
1.3 Блок-сополимеры 44
Явление самоорганизации блок-сополимеров 45
Подходы к нанесению упорядоченных структур каталитических наночастиц при помощи блок-сополимеров 50
1.4 Выводы из аналитического литературного обзора и постановка задачи исследования 53
Глава 2. Методы и материалы 57
2.1. Гидрофобизация углеродной ткани ГДС электродов ФК ТЭ из растворов фторполимера в СК СО2 57
Материалы 57
Установка для формирования полимерных пленок и структур из раствора в сверхкритическом СО2 58
Методика нанесения пленки фторполимера на углеродную ткань 59
2.2 Методика оценки гидрофобных свойств 62
Установка для измерения краевого угла 62
2.3 Модельные ресурсные испытания ГДС 64
Ресурсные испытания привнесенных гидрофобных свойств углеродной ткани длительным воздействием воды и фосфорной кислоты Модельные ресурсные испытания методом Фентон-теста 65
2.4 Функциональные свойства пленок Тефлон АФ, нанесенных из раствора в СК СО2 на поверхность углеродной ткани: тестирование в реальном ТЭ и в модельных испытаниях 67
Изготовление и проверка работоспособности мембранно электродного блока ФК ТЭ с электродом на основе гидрофобизованного ГДС 67
Двухэлектродные электроизмерения одиночных нитей гидрофобизованной углеродной ткани в водном растворе KCl 70
2.5 Изготовление АС ТЭ из СК СО2 и методика испытаний АС ТЭ 73
Методика и концепция нанесения АС электродов 73
Циклическая вольтамперометрия 74
Испытания ТЭ 75
2.6 Нанесение мицелл на подложку блок-сополимера ПММА ПФАМА в растворе в СК СО2 77
Материалы 77
Методика нанесения и анализа 78
2.7 Формирование упорядоченных структур металлических наночастиц при помощи мицелл блок-сополимеров 80
Материалы 80
Методика нанесения и анализа 81
Описание подхода к инкапсуляции металлоорганического прекурсора в мицеллах диблок-сополимера, самоорганизованных в СК
СО2 82
Описание подхода к инкапсуляции предварительно сформированных металлических наночастиц в мицеллах диблок-сополимера самоорганизованных в СК СО2 83
Описание подхода к инкапсуляции растущих из прекурсора под действием водорода металлических наночастиц в мицеллах диблок сополимера, самоорганизованных в СК СО2 84
Изготовление контрольных образцов без блок-сополимера 85
Глава 3. Анализ свойств фторполимерных пленок, наносимых из СК СО2 на углеродную ткань 86
3.1 Сканирующая электронная микроскопия и элементный анализ углеродной ткани с фторполимерным покрытием, нанесенным из СК СО
3.2 Результаты испытания МЭБ с электродами на основе разработанных ГДС 91
3.3 Определение степени гидрофобизации в том числе после ресурсных испытаний 92
3.4 Результаты двухэлектродных измерений электрических характеристик гидрофобизованной углеродной ткани в водном растворе KCl 102
3.5 Выводы 106
Глава 4. Результаты электрохимических испытаний электродов, на материал АС которых нанесено фторполимерное покрытие из раствора в СК СО2 109
4.1 Результаты циклической вольтамперометрии 111
4.2 Результаты испытаний работоспособности МЭБ 113
4.3 Результаты импедансной спектрометрии МЭБ 115
4.3 Выводы 119
Глава 5. Результаты отработки подхода к получению регулярных структур металлических наночастиц при помощи инкапсуляции в мицеллах диблок-сополимеров в СК СО2 121
5.1 Получение мицелл диблок-сополимера ПММА-ПФАМА на слюде и варьирование режима декомпрессии реактора 122
5.2 Проверка возможности визуализации полученных мицелл диблок-сополимера ПММА-ПФАМА при помощи ПЭМ 126
5.3 Результаты испытания подхода к инкапсуляции металлоорганического прекурсора в мицеллах диблок-сополимера, самоорганизованных в СК СО2 128
5.4 Результаты испытания подхода к инкапсуляции предварительно сформированных металлических наночастиц в мицеллах диблок сополимера, самоорганизованных в СК СО2 129
5.5 Результаты испытания подхода к инкапсуляции растущих из прекурсора под действием водорода металлических наночастиц в мицеллах диблок-сополимера самоорганизованных в СК СО2 130
5.6 Выводы 136
Заключение 137
Выводы 139
