Актуальність та зміст проєкту

Проблемою, що виникла в Україні через російську агресію, є істотне пошкодження енергетичної системи. Відновлення енергетичних потужностей, включаючи експортні, повинно відбуватися комплексно з урахуванням необхідності зменшення залежності від вугільного палива та дотримання екологічних принципів сталого розвитку. Найчистішою енергією на сьогодні вважають отриману в паливних комірках з використанням електролізного водню. У комерційних масштабах поширені паливні елементи на основі протонообмінних полімерелектролітних мембран, однак удосконалення їхніх характеристик та істотне здешевлення все ж лишаються важливими актуальними завданнями. Аніонообмінні мембрани для лужних паливних комірок ще не вийшли на промисловий рівень, але є надзвичайно перспективними, адже можуть працювати з дешевшими каталізаторами і забезпечують вищу швидкість електрохімічних процесів. Удосконалення аніонообмінних мембран передбачає оптимізацію властивостей задля підвищення продуктивності та стабільності їхнього функціонування. Окрім того, аніонообмінні мембрани застосовують в електролізерах води для отримання водню як екологічно чистого палива для паливних комірок. Відмінними електролітами в паливних комірках є йонні рідини, які уможливлюють їх роботу за відсутності вологи та температур вище 100оС. Унікальні властивості йонних рідин дозволяють використовувати їх і як компоненти суперконденсаторів для збереження енергії, в тому числі резервних джерел живлення для забезпечення надійності електропостачання, що є критичним в сучасних умовах в Україні. Важливо, що портативні паливні елементи та суперконденсатори придатні для різноманітних військових застосувань (транспортні засоби, зокрема БПЛА, системи керування вогнем, чорні скриньки, снаряди з GPS-наведенням тощо).

Для отримання йонопровідних середовищ буде розроблено способи синтезу кількох типів олігомерних йонних рідин (ОІР) на основі олігомерних силсесквіоксанів (OSS) з неорганічним ядром, представленим комбінацією поліедральних структур та їх відкритоланцюгових аналогів. Нейтралізацією OSS, що містять сульфо- або карбоксильні групи, різними органічними та неорганічними основами буде синтезовано протонні та апротонні аніонні OSS-ОІР, а кватернізацією OSS з третинними аліфатичними аміногрупами – апротонні катіонні OSS-ОІР. Введення таких ОІР до складу мембран можливе шляхом змішування або ковалентного зв’язування за участі реакційноздатних груп органічного обрамлення OSS. Поліконденсацією, каталізованою суперкислотами, буде синтезовано полі(арилпіперидінієві) полімери. При виборі вихідних мономерів та/або агента кватернізації увагу буде приділено можливості забезпечення мікрофазового розділення в структурі мембран, яке сприяє транспорту -OH та забезпечує їх високу провідність і стабільність в розмірах. Застосовуючи фотохімічно ініційовану полімеризацію буде сформовано епоксидні плівки, відомі високими термічною та хімічною стійкістю. Введенням вінілкарбазольних сполук, які є фотосенсибілізаторами процесу, можна досягти більшої повноти розкриття епоксигруп, а кватернізацією атома Нітрогену – забезпечити наявність йонів у структурі та можливість використання матеріалів як аніонопровідних мембран для паливних комірок.