Полімерна протонпровідна композиція для паливних елементів

Реферат: Полімерна протонпровідна композиція для паливних елементів на основі поліетеру. Вона містить суміш оксіетиленових алкоксисилільних поліетерів 1 і 2 загальної формули: O O S S H2C (AlkO)3Si C H2 H2 C O H2 C H2 C H2C CH2 H2 C N CH2 HO CH2 H2 C O R O H2 C OH H2 C H2C (AlkO)3Si C H2 H2 C O H2 C H2 C H2 C CH2 CH2 3 OH де O H2 C CH2 OH H2 C OH O R O H2 C H2 C OH N H2C CH2 HO H2 C C H2 H2 C Si(OAlk)3 HO N HO H2 C N HO H2 C O H2C CH2 H2 C O O O , (1) H2 C 3 H2 C OH O H2 C C H2 H2 C Si(OAlk)3 CH2 HO , (2) UA 104556 U (54) ПОЛІМЕРНА ПРОТОНПРОВІДНА КОМПОЗИЦІЯ ДЛЯ ПАЛИВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ UA 104556 U OH CH3 O R= 1 CH3 2 C H2 H2 C O H2 C C H2 C H2 0,07 OH O C H2 CH3 O O C H2 C H2 H2 C C H2 O H2 C CH3 + C H2 0,67 Alk=CH3.C2H5 за такого співвідношення компонентів, мас. %: поліетер 1 25-75 поліетер 2 25-75. , UA 104556 U 5 10 15 20 Корисна модель належить до композиції високомолекулярних сполук з простих поліетерів, які отримані реакцією утворення простого етерного зв'язку в основному ланцюзі та призначена як протонпровідна речовина для паливних елементів в галузі мікроелектроніки. Відомі полімерні протонпровідні композиції, які складаються з поліетеру з триетоксисилільними групами та протонпровідними сульфогрупами на основі поліетиленгліколю та поліетерсечовини за співвідношення компонентів, мас. %: 20:80 /1/, з поліетеру з триетоксисилільними групами та кремнійорганічного олігомеру з протонпровідними сульфогрупами на основі поліетиленгліколю та поліетерсечовини за співвідношення компонентів, мас. %: 20:80 /2/. Отримані композиції мають температурний інтервал провідності -4 від 20 до 100 °C з максимальним рівнем провідності 10 См/см. Прототипом корисної моделі є полімерна протонпровідна композиція для паливних елементів, яка містить поліетер з олігоетерепоксиду з триетоксисилільними групами та протонпровідними сульфогрупами та кремнійвмісний триетоксисилан за співвідношення компонентів, мас. %: 80:20. Отримана композиція має температурний інтервал провідності від -4 20 до 100 °С з максимальним рівнем провідності 10 См/см /3/. Задачею корисної моделі є створення полімерної протонпровідної композиції для паливних елементів з достатнім рівнем провідності і температурним інтервалом провідності від 20 до 100 для паливних елементів. Поставлена задача вирішується тим, що полімерна протонпровідна композиція для паливних елементів на основі поліетеру, згідно із запропонованою корисною моделлю, як поліетер містить суміш оксіетиленових алкоксисилільних поліетерів 1 і 2 загальної формули: O O S S H2C (AlkO)3Si C H2 H2 C O H2 C H2 C H2C CH2 H2 C N CH2 HO CH2 H2 C R O H2 C O OH H2 C (AlkO)3Si C H2 H2 C O H2 C OH H2 C N CH2 HO N H2 C O H2 C CH2 OH O R H2 C O OH H2 C N H2C OH CH2 C H2 H2 C Si(OAlk)3 , (1) H2 C 3 H2 C O OH H2 C C H2 H2 C Si(OAlk)3 CH2 HO 25 H2 C HO H2 C H2 C H2C CH2 3 HO H2 C O H2C CH2 H2 C O O O HO , (2) де OH CH3 O R= 1 CH3 2 C H2 H2 C O H2 C C H2 C H2 0,07 OH O C H2 CH3 O O C H2 C H2 H2 C C H2 O H2 C CH3 + C H2 0,67 Alk=CH3.C2H5 , за такого співвідношення компонентів , мас. %: поліетер 1 25-75 поліетер 2 25-75, та призначена як протонпровідна речовина для паливних елементів. 1 UA 104556 U 5 10 15 20 25 Поліетер 1 синтезовано в три стадії. На першій стадії отримували олігомер з кінцевими вторинними амінними групами реакцією суміші епоксидних сполук (ДЕГ-1:DER-331=2:1) з моноетаноламіном за їх мольного співвідношення 3:4 відповідно в ДМСО (10 % розчин) за 80 °C протягом 14 годин до зникнення сигналу епоксидних груп в ІЧ-спектрі. Далі отриманий олігомер обробляли двократним мольним надлишком 3-гліцидоксипропілтриметоксисилану за 80 °C протягом 6 годин. Контроль реакції здійснювали за ІЧ-спектром. На заключній стадії отриманий продукт обробляли 1,3-пропансультоном за співвідношення олігомер:пропансультон = 1:4 за кімнатної температури протягом (4,5-5,0) годин. Розчинник видаляли при зниженому тиску, отриманий продукт відмивали ацетоном від непрореагованого 1,3-пропансультону з наступним висушуванням за 60 °C до постійної маси. Вихід продукту 95 %. Поліетер 1 являє собою в'язку рідину жовтого кольору, розчинну в ДМСО. Поліетер 2 синтезовано в дві стадії. На першій стадії отримували олігомер з кінцевими вторинними амінними групами реакцією суміші епоксидних сполук (ДЕГ-1:DER-331=2:1) з моноетаноламіном за їх мольного співвідношення 3:4 відповідно в ДМСО (10 % розчин) за 80 °C протягом 14 годин до зникнення сигналу епоксидних груп в ІЧ-спектрі. Далі отриманий олігомер обробляли двократним мольним надлишком 3-гліцидоксипропілтриметоксисилану за 80 °C протягом 6 годин. Контроль реакції здійснювали за ІЧ-спектром. %. Поліетер 2 являє собою в'язку рідину жовтого кольору, розчинну в ДМСО. Полімерну протонпровідну композицію для паливних елементів отримували змішуванням двох поліетерів в заданих співвідношеннях компонентів за кімнатної температури і механічним перемішуванням протягом 10 хвилин. Отримана композиція являє собою в'язку рідину жовтого кольору. Отриману масу виливали на тефлонову форму та проводили отверднення композиції для отримання протонпровідного матеріалу (ППМ) золь-гель методом (табл.) спільною гідролітичною конденсацією поліетерів 1 та 2 у співвідношенні 75:25, 50:50, 25:75 мас. % відповідно з використанням 0,1н НСl в кількості, що забезпечує стехіометричне співвідношення води і етоксильних груп та подальшою термообробкою отриманого гелю за 80 °C (2-3) години, за 100 °C 2 години та за 120 °C 2 години і отримували плівки. Готові (термооброблені) плівки переводили в кислу форму витримуванням в 1М H2SO4 протягом доби з наступним відмиванням в дистильованій воді до нейтральної реакції. 30 Таблиця Склад і провідність протонпровідного матеріалу Склад Поліетер 1 Поліетер 2 Іонна провідність Cdc, См/см, 100 °C Іонна провідність Cdc, См/см, 80 °C Іонна провідність Cdc, См/см, 60 °C Іонна провідність Cdc, См/см, 40 °C Іонна провідність Cdc, См/см, 20 °C 35 40 1 25 75 Приклади 3 75 25 2 50 50 -4 2,0210 -4 7,5810 -4 1,6410 -4 4,9510 -4 6,7210 -5 1,7210 -5 1,8610 -5 2,2310 3,8610 3,0710 1,8810 6,0410 -6 310 1,210 4κ 100 0 Прототип 100 -4 -4 1,5010 -4 6,7210 -5 -6 4,5810 6,6910 -7 1,810 -4 -4 10 -4 10 -6 10 -7 10 -8 10 8,7010 -4 -5 -6 -7 Випробування протонпровідного матеріалу на іонну провідність проводили у вигляді плівок. Іонну провідність (dc) ППМ визначали методом діелектричної релаксаційної спектроскопії в температурному інтервалі 20-100 °C з використанням діелектричного спектрометра на основі моста змінного струму Р5083 з двоелектродним вічком з нержавіючої сталі. Частотний діапазон вимірів складав 0,1-100 кГц. Перед початком дослідження зразки прогрівали до 100 °C протягом 30 хв. в струмі сухого азоту для видалення вологи, сорбованої з повітря. Виміри проводилися в струмі сухого азоту. Як видно з даних таблиці протонпровідна композиція для паливних характеризується таким -4 же порядком протонної провідності в порівнянні з прототипом 10 См/см за температури 20100 °C. 2 UA 104556 U Таким чином, запропонована композиція оксіетиленових алкоксисилільних поліетерів для паливних елементів, яка характеризується таким же порядком протонної провідності в -4 порівнянні з прототипом 10 См/см за температури 20-100 °C, але спосіб їх отримання набагато простіший за прототип. 5 10 Джерела інформації: 1. Деклараційний патент на корисну модель № 68290. Опубл. 26.02.2012, Бюл. № 6 2. Деклараційний патент на корисну модель № 59749. Опубл. 25.05.2011, Бюл. № 10 3. Деклараційний патент на корисну модель № 52505. Опубл. 25.08.2010, Бюл. № 16 прототип ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Полімерна протонпровідна композиція для паливних елементів на основі поліетеру, яка відрізняється тим, що вона містить суміш оксіетиленових алкоксисилільних поліетерів 1 і 2 загальної формули: O O S S O H2C (AlkO)3Si C H2 H2 C O H2 C H2 C H2C CH2 H2 C N CH2 HO H2 C R O H2 C O H2 C OH CH2 H2C N (AlkO)3Si C H2 H2 C O H2 C OH H2 C N R O H2 C O H2 C CH2 OH O H2 C OH CH2 HO H2 C C H2 H2 C Si(OAlk)3 HO H2 C H2 C H2 C CH2 3 HO H2 C O H2C CH2 H2 C O O N H2C OH CH2 , (1) H2 C 3 H2 C O OH H2 C C H2 H2 C Si(OAlk)3 CH2 HO HO , (2) де OH CH3 O R= 1 CH3 2 C H2 H2 C O H2 C C H2 C H2 0,07 OH O C H2 CH3 O H2 C O C H2 C H2 C H2 O H2 C CH3 + C H2 0,67 20 Alk=CH3.C2H5 , за такого співвідношення компонентів, мас. %: поліетер 1 25-75 поліетер 2 25-75. Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3