ИССЛЕДОВАНИЕ ПОРИСТОГО КРЕМНИЯ В КАЧЕСТВЕ МЕМБРАНЫ ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА

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. 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.

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; doi:10.3390/ma3053006

5. Воронцов 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.

6. Chao Y. Optical Properties of Nanostructured Silicon // Comprehensive Nanoscience and Technology. 2011, Vol. 1, PP. 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, PP. 289-330. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-53099-8.00009

8. Ломов 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.

9. 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.

10. 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;

11. Астрова Е.В., Нечитайлов А.А., Забродский А.Г. Кремниевые технологии для микротопливных элементов // Альтернативная энергетика и экология. 2007, № 2. С. 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, № 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, 30, p. 850-858. http://dx.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, 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. V. 401. p. 139527.

17. 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. 36-41

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. V. 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;11:728. doi: 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. 2021,484, p.229197.