STUDY OF POROUS SILICON AS A FUEL CELL MEMBRANE

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.

1. 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.

2. 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.

3. 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/10.1080/10408430903245369

4. Foll H., Leisner M., Cojocaru A., Carstensen J. Macroporous Semiconductors // Materials. – 2010. – Vol. 3. – P. 3006–3076. https://doi.org/10.3390/ma3053006

5. 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.

6. Chao Y. Optical Properties of Nanostructured Silicon // Comprehensive Nanoscience and Technology. – 2011. Vol. 1. – P. 543–570.

7. Boscherini 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/B978-0-444-53099-8.00009

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. Astrova E.V., Nechitaylov A.A., Zabrodskiy A.G. Kremnievye tekhnologii dlya mikrotoplivnykh elementov // Al'ternativnaya energetika i ekologiya. – 2007. – No. 2. – P. 60–65.

12. 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. – No. 13. – P. 7990–7995. https://doi.org/10.1039/c6ra27929e

13. Radin 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.2008.09.066

14. Zhang S., Lu X., Zhou Q., Li X., Zhang X., Li S. Ionic Liquids: Physicochemical Properties // Elsevier, 2009.

15. Bocharova V., Sokolov, A.P. Perspectives for polymer electrolytes: a view from fundamentals of ionic conductivity // Macromolecules. –2020. – Vol. 53(11). – P. 4141–4157.

16. 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.

17. Dobrovol'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.

18. 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.

19. 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/membranes11100728

20. 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.