nucВестник НЯЦ РКNNC RK Bulletin1729-75161729-7885Национальный ядерный центр Республики Казахстан10.52676/1729-7885-2024-4-69-78nuc-732Research ArticleСтатьиИССЛЕДОВАНИЕ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ В КАЧЕСТВЕ МЕМБРАНЫ ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТАSTUDY OF POROUS SILICON AS A FUEL CELL MEMBRANEhttps://orcid.org/0000-0003-3716-8846СкаковМ. К.SkakovМ. К.

Курчатов

Kurchatov

skakovmk@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0948-2280ЖилкашиноваА. М.ZhilkashinovaА. М.

Усть-Каменогорск

Ust-Kamenogorsk

almira_1981@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2188-8075МиниязовА. Ж.MiniyazovА. Zh.

Усть-Каменогорск

Ust-Kamenogorsk

miniyazov@nnc.kzКантайН.KantayN.

Усть-Каменогорск

 Ust-Kamenogorsk

https://orcid.org/0000-0002-3172-623XКыдырмоллаА.KydyrmollaА.

Усть-Каменогорск

Ust-Kamenogorsk

Ahnur.hj@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5760-2967КабдрахмановаС.KabdrakhmanovaS.

Усть-Каменогорск

Ust-Kamenogorsk

nurgan85@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4189-6539МухамедоваН. М.MukhamedovaN. М.

Курчатов

Kurchatov

bakayeva@nnc.kzhttps://orcid.org/0000-0002-4423-4349ЖанболатоваГ. К.ZhanbolatovaG. К.

Курчатов

Kurchatov

kaiyrdy@nnc.kzРГП «Национальный ядерный центр Республики Казахстан»КазахстанRSE “National Nuclear Center of the Republic of Kazakhstan”KazakhstanВосточно-Казахстанский университет им. С. АманжоловаКазахстанEast Kazakhstan University named after S. AmanzholovKazakhstanЦентр технологических компетенций в сфере водородной энергетики РГП НЯЦ РККазахстанCenter for Technological Competence in the Field of Hydrogen Energy RSE NNC RKKazakhstan202430122024046978Copyright © Скаков М.К., Жилкашинова А.М., Миниязов А.Ж., Кантай Н., Кыдырмолла А., Кабдрахманова С., Мухамедова Н.М., Жанболатова Г.К., 20252025Скаков М.К., Жилкашинова А.М., Миниязов А.Ж., Кантай Н., Кыдырмолла А., Кабдрахманова С., Мухамедова Н.М., Жанболатова Г.К.Skakov М.К., Zhilkashinova А.М., Miniyazov А.Z., Kantay N., Kydyrmolla А., Kabdrakhmanova S., Mukhamedova N.М., Zhanbolatova G.К.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journals.nnc.kz/jour/article/view/732

В статье отражены результаты исследования пористого кремния, в качестве мембраны для топливных элементов, где сам пористый кремний является матрицей, а гелевый протонпроводящий электролит является наполнителем. Проведены работы по химическому вытравливанию пор на исходных пластинах кремния. Сформированные структуры демонстрируют относительно равномерное распределение пор со смесью больших и малых пустот. Проведены исследования пористого Si методом адсорбционной порометрией. Общий объем пор и распределение по размерам определяли методом Барретта-Джойнера-Халенды (BJH) по кривые изотермы десорбции. Анализ распределения пор по объему показал, что данные сегментируются на микропоры (0,35–2 нм), мезопоры (2– 10 нм) и большие поры (10–50 нм, 50–200 нм). Рентгенофазовый анализ показал, что существует значительная разница в межплоскостных расстояниях линий дифрактограммы. Также приведена зависимость протонной проводимости от образца пористого кремния от влагопоглощения.

топливный элементпористый кремнийструктурафазаадсорбцияReferencesSivkov V.N., Lomov A.A., Vasil’ev A.L., Nekipelov S.V., Petrova O.V. X-ray and synchrotron studies of porous silicon // Published in Fizika i Tekhnika Poluprovodnikov. 2013, Vol. 47, No. 8, p. 1048–1054.Sivkov V.N., Lomov A.A., Vasil’ev A.L., Nekipelov S.V., Petrova O.V. X-ray and synchrotron studies of porous silicon // Published in Fizika i Tekhnika Poluprovodnikov. – 2013. – Vol. 47. – No. 8. – P. 1048–1054.Волошина T.B., Заварицкая Т.Н., Кавецкая И.В., Каравански В.А., Ромашов Д. А. Формирование и фотолюминесцентные свойства пористого кремния, полученного в йодсодержащих электролитах // Журнал прикладной спектроскопии. 2002, - том 69.- С.238-241.Voloshina T.B., Zavaritskaya T.N., Kavetskaya I.V., Karavanski V.A., Romashov D. A. Formirovanie i fotolyuminestsentnye svoystva poristogo kremniya, poluchennogo v yodsoderzhashchikh elektrolitakh // Zhurnal prikladnoy spektroskopii. – 2002. – Vol. 69. – P. 238–241.Korotcenkov G., Cho B. K. Porous Semiconductors: Advanced Material for Gas Sensor Applications // Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 2010, Vol. 35, p. 1-37. https://doi.org/10.1080/10408430903245369Korotcenkov G., Cho B. K. Porous Semiconductors: Advanced Material for Gas Sensor Applications // Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. – 2010. – Vol. 35. – P. 1–37. https://doi.org/10.1080/10408430903245369Foll H., Leisner M., Cojocaru A., Carstensen J. Macroporous Semiconductors // Materials. 2010, Vol. 3, p. 3006-3076; doi:10.3390/ma3053006Foll H., Leisner M., Cojocaru A., Carstensen J. Macroporous Semiconductors // Materials. – 2010. – Vol. 3. – P. 3006–3076. https://doi.org/10.3390/ma3053006Воронцов А.С., Осминкина Л.А., Ткаченко А. Е., Константинова Е.А., Еленский В.Г., Тимошенко В.Ю., Кашкаров П.К. Модификация свойств пористого кремния при адсорбции молекул йода // Физика и техника полупроводников. 2007, Т.41 (8). С. 972-976.Vorontsov A.S., Osminkina L.A., Tkachenko A. E., Konstantinova E.A., Elenskiy V.G., Timoshenko V.Yu., Kashkarov P.K. Modifikatsiya svoystv poristogo kremniya pri adsorbtsii molekul yoda // Fizika i tekhnika poluprovodnikov. 2007. – Vol. 41 (8). – P. 972–976.Chao Y. Optical Properties of Nanostructured Silicon // Comprehensive Nanoscience and Technology. 2011, Vol. 1, PP. 543-570Chao Y. Optical Properties of Nanostructured Silicon // Comprehensive Nanoscience and Technology. – 2011. Vol. 1. – P. 543–570.Boscherini F. X-ray absorption fine structure in the study of semiconductor heterostructures and nanostructures // Characterization of Semiconductor Heterostructures and Nanostructures. 2008, PP. 289-330. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-53099-8.00009Boscherini F. X-ray absorption fine structure in the study of semiconductor heterostructures and nanostructures // Characterization of Semiconductor Heterostructures and Nanostructures. – 2008. – P. 289–330. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-53099-8.00009Ломов А.А., Бушуев В.А., Карцев А.А., Караванский В.А., Васильев А.Л. Применение рентгеновских дифракционных методов для исследования микронных пористых слоев кремния // Кристаллография, 2009, 54(3), C. 410-417.Lomov A.A., Bushuev V.A., Kartsev A.A., Karavanskiy V.A., Vasil'ev A.L. Primenenie rentgenovskikh difraktsionnykh metodov dlya issledovaniya mikronnykh poristykh sloev kremniya // Kristallografiya. – 2009. – Vol. 54(3). – P. 410–417.Barillaro G., Bruschi P., Diligenti A., Nannini A. Fabrication of regular silicon microstructures by photo-electrochemical etching of silicon // Physica Status Solidi (c) 2005, Vol.2, p.3198–3202.Barillaro G., Bruschi P., Diligenti A., Nannini A. Fabrication of regular silicon microstructures by photoelectrochemical etching of silicon // Physica Status Solidi (c). – 2005. – Vol. 2. – P. 3198–3202.Старков В.В., Лысков Н.В., Добровольский Ю.А. Пористый кремний в портативных топливных элементах // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». 2009, № 8 (76), C.78-84;Starkov V.V., Lyskov N.V., Dobrovol'skiy Yu.A. Poristyy kremniy v portativnykh toplivnykh elementakh // Mezhdunarodnyy nauchnyy zhurnal “Al'ternativnaya energetika i ekologiya”. – 2009. – No. 8 (76). – P.78–84.Астрова Е.В., Нечитайлов А.А., Забродский А.Г. Кремниевые технологии для микротопливных элементов // Альтернативная энергетика и экология. 2007, № 2. С. 60-65Astrova E.V., Nechitaylov A.A., Zabrodskiy A.G. Kremnievye tekhnologii dlya mikrotoplivnykh elementov // Al'ternativnaya energetika i ekologiya. – 2007. – No. 2. – P. 60–65.Shao-zhong Zeng, Xierong Zeng, Lin Huang, Hongliang Wu,Yuechao Yao, Xian feng Zheng and Ji zhao Zou. The formation mechanisms of porous silicon prepared from dense silicon monoxide // RSC Advances, 2017, № 13, p. 7990-7995. https://doi.org/10.1039/c6ra27929eShao-zhong Zeng, Xierong Zeng, Lin Huang, Hongliang Wu, Yuechao Yao, Xian feng Zheng and Ji zhao Zou. The formation mechanisms of porous silicon prepared from dense silicon monoxide // RSC Advances. – 2017. – No. 13. – P. 7990–7995. https://doi.org/10.1039/c6ra27929eRadin S., Chen T. and Ducheyne P. The Controlled Release of Drugs from Emulsified, Sol Gel Processed Silica Microspheres // Biomaterials. 2008, 30, p. 850-858. http://dx.doi.org/10.1016/j.biomaterials.2008.09.066Radin S., Chen T. and Ducheyne P. The Controlled Release of Drugs from Emulsified, Sol Gel Processed Silica Microspheres // Biomaterials. – 2008. – Vol. 30. – P. 850–858. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2008.09.066Zhang S., Lu X., Zhou Q., Li X., Zhang X., Li S. Ionic Liquids: Physicochemical Properties // Elsevier, 2009.Zhang S., Lu X., Zhou Q., Li X., Zhang X., Li S. Ionic Liquids: Physicochemical Properties // Elsevier, 2009.Bocharova V., Sokolov, A.P. Perspectives for polymer electrolytes: a view from fundamentals of ionic conductivity // Macromolecules. 2020, 53(11), p. 4141–4157.Bocharova V., Sokolov, A.P. Perspectives for polymer electrolytes: a view from fundamentals of ionic conductivity // Macromolecules. –2020. – Vol. 53(11). – P. 4141–4157.Yue K., Zhai C., Gu S., Yeo J., Zhou G. The effect of ionic liquid-based electrolytes for dendrite-inhibited and performance-boosted lithium metal batteries // Electrochimica Acta. 2022. V. 401. p. 139527.Yue K., Zhai C., Gu S., Yeo J., Zhou G. The effect of ionic liquid-based electrolytes for dendrite-inhibited and performance-boosted lithium metal batteries // Electrochimica Acta. – 2022. – Vol. 401. – P. 139527.Добровольский Ю.А., Писарева А.В., Леонова Л.С., Карелин А.И. Новые протонпроводящие мембраны для топливных элементов и газовых сенсоров // Альтернативная энергетика и экология – ISJAEE. 2004. № 12. С. 36-41Dobrovol'skiy Yu.A., Pisareva A.V., Leonova L.S., Karelin A.I. Novye protonprovodyashchie membrany dlya toplivnykh elementov i gazovykh sensorov // Al'ternativnaya energetika i ekologiya – ISJAEE. – 2004. – No. 12. – P. 36–41.Wong C.Y., Wong W.Y., Loh K.S., Lim K.L. Protic ionic liquids as next-generation proton exchange membrane materials: Current status & future perspectives // Reactive and Functional Polymers. 2022. V. 171. P. 105160.Wong C.Y., Wong W.Y., Loh K.S., Lim K.L. Protic ionic liquids as next-generation proton exchange membrane materials: Current status & future perspectives // Reactive and Functional Polymers. – 2022. – Vol. 171. – P. 105160.Seng L.K., Masdar M.S., Shyuan L.K. Ionic Liquid in Phosphoric Acid-Doped Polybenzimidazole (PA-PBI) as Electrolyte Membranes for PEM Fuel Cells: A Review // Membranes. 2021;11:728. doi: 10.3390/membranes11100728.Seng L.K., Masdar M.S., Shyuan L.K. Ionic Liquid in Phosphoric Acid-Doped Polybenzimidazole (PA-PBI) as Electrolyte Membranes for PEM Fuel Cells: A Review // Membranes. – 2021. – Vol. 11. – P. 728. https://doi.org/10.3390/membranes11100728Elwan H.A., Mamlouk M., Scott K. A review of Proton Exchange Membranes Based on Protic Ionic Liquid/polymer blends forpolymer electrolyte membrane fuel cells // Journal Power Sources. 2021,484, p.229197.Elwan H.A., Mamlouk M., Scott K. A review of Proton Exchange Membranes Based on Protic Ionic Liquid/polymer blends forpolymer electrolyte membrane fuel cells // Journal Power Sources. – 2021. – Vol. 484. – P. 229197.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.