ВВЕДЕНИЕ 11
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 13
1.1 Использования водорода 13
1.2 Устройство топливного элемента 14
1.3 Разновидности ТЭ 16
1.4 Полимерная мембрана ТЭ 19
1.5 Радиационно-химическая модификация мембран 20
1.6 Действие радиации на полимеры 22
1.7 Трековые формы, образуемые вторичными электронами 24
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ МОДИФИКАЦИИ 27
2.1 Используемые материалы 27
2.2 Методы модификации 28
2.2.1 Облучение 28
2.2.2 Прививочная полимеризация 32
2.2.3 Сульфирование 38
ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 42
3.1 ИК-спектрометрия 42
3.2 Измерение обменной емкости 43
3.3 Измерение протонной проводимости 44
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ РАБОТЫ 46
4.1 Расчёт поглощённой дозы 46
4.2 Изучение с помощью ИК-спектрометрии структуры исследуемых
образцов 47
4.3 Результаты измерения обменной емкости 51
4.4 Результаты измерения протонной проводимости 52
ГЛАВА 5. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ
И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 55
5.1 Предпроектный анализ 55
5.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 55
5.3 SWOT - анализ 57
5.4 Планирование управления научно-техническим проектом 60
5.4.1Иерархическая структура работ проекта 60
5.4.2 Структура работ в рамках научного исследования 61
5.4.3 Бюджет научно-технического исследования 64
5.5.1 Расчет материальных затрат НТИ 64
5.5.2 Основная заработная плата 66
5.5.3 Дополнительная заработная плата научно-производственного
персонала 68
5.5.4 Отчисления во внебюджетные фонды 68
5.5.5 Научные и производственные командировки 69
5.5.6 Оплата работ, выполняемых сторонними организациями и
предприятиями 69
5.6 Ресурсоэффективность 69
ГЛАВА 6. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 76
6.1 Анализ вредных и опасных факторов, создаваемые объектом
исследования 76
6.2 Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия
опасных и вредных факторов 77
6.2.1 Организационные мероприятия 77
6.2.2 Технические мероприятия 78
6.2.3 Условия безопасной работы 80
6.3 Химическая безопасность 86
6.4 Радиационная безопасность 88
6.5 Электробезопасность 92
6.6. Пожарная и взрывная безопасность 94
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 97
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 98
ПРИЛОЖЕНИЕ А 102
В настоящее время важным вопросом является получение энергии без побочных продуктов, поступающих в окружающую среду. В качестве экологического получения энергии рассматривается такое устройство, как топливный элемент (ТЭ). Топливный элемент представляет собой устройство, преобразующее химическую энергию в электрическую без сжигания топлива, благодаря чему, получение энергии данным способом получается экологически чистым.
Актуальность обсуждения энергоперехода и водорода как энергоносителя обуславливается такими факторами, как усиление важности заботы о климате, изменение мирового энергетического баланса в пользу возобновляемых источников энергии соразмерно поддержанию целей устойчивого развития [1].
Полимерные топливные элементы (ПТЭ) являются экологически чистыми источниками энергии, которые обладают большим потенциалом развития. Перспективность их использования заключается в их исключительно высоких показателях КПД и практичности. ПТЭ показывают стабильные результаты работы при комнатных температурах и обладают малыми габаритами, что позволяет применять их в таких областях, как мобильные устройства связи, медицинские приборы, бытовые системы производства электроэнергии и даже космическое оборудование.
Самым важным звеном в работе топливного элемента является протонно-обменная мембрана (ПОМ), так как благодаря ей происходит преобразование энергии. ПОМ должна обладать определенными техническими характеристиками: высокая протонная проводимость, химическая стойкость и термическая стабильность. Этим требованиям удовлетворяют ПОМ производства американской фирмы DuPont, реализующая свою продукцию под маркой «Nafion». Однако большим минусом этих мембран является низкая химическая стабильность к образованию пероксидов, не высокая рабочая температура 90 °С и высокая коммерческая цена. Очевидно, что для массового внедрения ПТЭ целесообразно создание аналогов мембран типа «Nafion», которые обладали теми же техническими характеристиками и были коммерчески доступными.
В настоящей работе представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований в формировании протон-проводящих свойств полимерной пленки ПВДФ методом радиационно-химической модификации. Таким образом, исследовано влияние высокоэнергетичных ионов гелия-4 на полимерный материал ПВДФ с последующим сульфированием привитого мономера и их характеристик.
Целью данной работы является исследование процесса радиационно-химической модификации полимерных пленок ПВДФ на пост - эффекте для формирования протонно-проводящих свойств.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:
■ Облучение пленок высокоэнергетичным потоком ионов
■ Модификация полимера методом радиационно-прививочной полимеризации
■ Сульфирование полимера
■ Измерение параметров полученных пленок
■ Анализ полученных результатов
В процессе работы над магистерской диссертацией были получены 5 образцов радиационно-модифицированной протонно-обменной мембраны на основе полимерных пленок ПВДФ и проведено их исследование:
• Было исследовано влияние дозы облучения на образование и время жизни свободных радикалов при облучении пленочных матриц ПВДФ на постэффекте на высокоэнергетичных ионах гелия.
• Было исследовано влияние растворителей и природы облученной матрицы ПВДФ на степень прививки мономера стирола.
• Были исследованы температурные зависимости привитых матриц ПВДФ при различных концентрациях сульфирующих агентов.
• Показано что основные характеристики сформированных мембран близки к характеристикам материала фирмы Nafion, что открывает перспективу их дальнейшей разработки.
