|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ФНКЦ РР |
||
Моделирование ион-проводящих каналов мембран топливных элементовтезисы доклада
- Авторы: Комаров П.В., P-J Chu P., Халатур П.Г.
- Сборник: Cтруктура и динамика молекулярных систем: Cб. тезисов XIX- Всероссийской конференции (Москва-Йошкар-Ола-Уфа-Казань, Яльчик 25.06-30.06 2012)
- Тезисы
- Год издания: 2012
- Место издания: ФГБУН Институт физической химии и электрохимии им А.Н.Фрумкина РАН Москва
- Первая страница: 93
- Последняя страница: 93
- Аннотация: В настоящее время одно из приоритетных направлений исследований, направленных на создание портативных твердополимерных топливных элементов (ТЭ), является совершенствование конструкций ионообменных мембран и материалов для их производства. Хотя к настоящему времени сложились общепринятые представления об устройстве ионообменных мембран, детальные сведения о формирующейся структуре на молекулярном уровне и механизме ионного транспорта до сих пор остаются предметом активных дискуссий. В качестве объектов исследования нами были выбраны два полимерных материала – сульфированный полиэфир-эфир кетон (СПЭЭК) и нафион. Перфторполимеры группы нафион и их различные модификации являются наиболее распространенными мембранными материалами в силу их высокой протонной проводимости. Однако производство перфторполимеров имеет высокую стоимость, они способны функционировать только при низких температурах и требуют постоянного сильного увлажнения. В свою очередь сульфированные полиэфир-эфир кетоны являются представителями перспективного класса полимеров, характеризующихся высокой термостабильностью и дешевизной производства, но обладающих недостаточно хорошими транспортными свойствами. Модели фрагментов ион-проводящих каналов мембран были построены в виде бесконечной щели (в ячейке с периодическими граничными условиями) из олигомерных цепей СПЭЭК, нафиона и молекул воды. Подготовка начальных равновесных структур была выполнена в рамках метода молекулярной динамики на основе программного пакета LAMMPS с валентно-силовым полем PCFF (все сульфогруппы находились в недиссоциированном состоянии). Для моделирования процесса переноса протонов был использован пакет CP2k, разработанный на основе гибридного подхода, который в рамках теории функционала электронной плотности комбинирует квантовую молекулярную динамику Борна-Оппенгеймера и Кара-Парринелло. В течение первых 20 пс релаксации все сульфогруппы диссоциировали, что приводило к формированию ионов гидроксония и иных гидратированных форм протона (катионов Цунделя, Эйгена и др.). На основе данных, полученных ходе дальнейшего моделирования (в течении 120 пс), был выполнен детальный анализ механизма переноса заряда между молекулами воды и взаимодействия гидратированных протонов с сульфогруппами.
- Добавил в систему: Комаров Павел Вячеславович