Formation of the organic - inorganic proton exchange membrane.

Abstract

The use of electr o- lyzers for the low - temperature water electrolysis with the solid polymer membrane is perspective for production of hydrogen using renewable energy sources. However, the high cost of membrane materials obstructs the mass commissioning of such electrolyzer s. Most of the researches devoted to the technologies of membranes formation, alternative to Nafion®, deal only with organic materials. Aim: The aim of this research is to develop the method for formation of the competitive proton exchange membrane based o n polyvinyl alcohol (PVA) and inorganic hydrates. Materials and Methods: The hydrated oxide of tin was added to the 2...10 % PVA solution, mixed and applied to inert base layer by layer for formation of the membrane. Then the membrane was separated from th e base. The reinforcing mesh was used to improve mechanical properties of the membrane. The hydrated tin oxide was prepared by reaction of tin chloride and ammonium h ydroxide solutions. Results: The conditions of formation of proton - exchange membranes base d on polyvinyl alcohol and hydrated oxide of tin were investigated. The series of membranes containing 30, 50, 70, 80 and 90 % of hydrated tin oxide are obtained. It is shown that a solid membrane film with the thickness over 100 μm can be obtained if the content of PVA exceeds 30 %. It is shown that it is necessary to crosslink the chains of PVA in the resulting film. The structure of the obtained proton exchange membrane consists of PVA chains crosslinked by aldehyde, between which the glo bules of hydrated tin oxide are situated. The membrane conductivity is provided by both proton mobility of hydroxyl group of PVA and H 3 O + /H 2 O and OH – /H 2 O groups that are formed due to the partial dissociation of hydrated oxide on the surface of the globule s.

Застосування електролізерів низькотемпературного розкладання води з твердою полімерною мембраною є перспективним для одержання водню з використанням відновлювальних джерел енергії. Однак висока вартість мембранних матеріалів перешк оджає масовому впро - вадженню таких електролізерів. Більшу частину досліджень, напрямлених на розробку методик формування мембран, альтернат и- вних Nafion ® , присвячена органічним матеріалам. Мета: Метою роботи є розробка методики формування конкурентоспроможної протон - провідної мембрани на основі полівінілового спирту (ПВС) і неорганічних гідратів. Матеріали і методи: Для одержання мембрани у 2...10 % - ий розчин ПВС додавали гідратований оксид олова , перемішували і пошарово наносили на інертну основу, від якої готову мембрану у подальшому відокремлювали. Для покращення її механічних властивостей використовували армуючу сітку. Гідратований оксид олова одержували взаємодією розчинів хлориду олова і гід роксиду амонію. Результати: Досліджено умови формування протон - обмінної мембрани на основі полівінілового спирту і гідратованого оксиду олова. Одержано серію мембран зі вмістом гідратованого оксиду олова 30, 50, 70, 80 і 90 %. Показано, що суцільна плівка мембрани товщиною понад 100 мкм може бути отримана, якщо зміст полівінілового, що дорівнює або перевищує 30 %. Показано, що необхідно проводити зшивку ПВС у одержаній плівці. Структура одержаної протон - провідної мембрани являє собою ланцюги ПВС, зшиті альд егідом, між якими розташ о- вані глобули гідратованого оксиду олова. Провідність мембрани забезпечується як рухомістю протонів гідроксильної групи ПВС, т ак і за рахунок часткової дисоціації гідратованого оксиду на поверхні глобул з утворенням угрупувань H 3 O + / H 2 O і OH – / H 2 O