Отзыв на автореферат 1 (Функциональные полимерные пленки и структуры, осажденные на подложки из растворов в сверхкритическом диоксиде углерода, для использования в топливных элементах)

ОТЗЫВ на автореферат диссертации Д.О. Коломыткина "ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ ПЛЕНКИ И СТРУКТУРЫ, ОСАЖДЕННЫЕ НА ПОДЛОЖКИ ИЗ РАСТВОРОВ В СВЕРХКРИТИЧЕСКОМ ДИОКСИДЕ УГЛЕРОДА, ДЛЯ ТОПЛИВНЫХ ЗЛЕМЕНТОВ" по специальности 02.00.06- высокомолекулярные соединения на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Диссертационная работа выполнена на кафедре физики полимеров и кристаллов физического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова. Принцип топливного элемента, то есть прямое превращение энергии химической реакции в энергию электрического поля, широко применяется во всех живых клетках и является основополагающим для поддержания жизнедеятельности. Природа достигла совершенства в этой области — КПД преобразования энергии превышает бот0. Однако, прямое копирование природного топливного элемента в технических приложениях затруднительно потому, что природные мембраны стабильны и обладают уникальными электрическими свойствами лишь при малых размерах порядка десятков-сотен микрон, При большей площади (сантиметры и метры) они терл от стабильность.

Большая площадь мембраны необходима для генерации большого электрического тока. Помимо этого, молекулы клеточных мембран довольно быстро деградируют и необходима сложная система для их синтеза и замены. Поэтому конструирование топливных элементов для техники пошло по другому пути, чем в живой природе. Топливные элементы применяются в технике уже десятки лет и сделано немало заявок об их преимуществах и уникальных свойствах. Тем не менее их основные параметры остаются недостаточно эффективными. Это относится к существенно короткому времени их гарантированной эксплуатации, недостаточно высокому КПД, трудности генерирования большой плотности тока, дороговизне их производства и другим.

Поэтому необходима большая научная работа для фундаментального исследования физических процессов, происходящих при изготовлении топливных элементов и механизмов их работы. Результаты этих исследований позволят улучшить свойства топливных элементов, а следовательно создать базу для их широкого внедрения в практику. настоящая диссертационная работа посвящена фундаментальному исследованию физических процессов. происходящих при изготовлении и работе главной части топливного элемента - его электродов. Для эффективной работы электродов водород-кислородного топливного элемента на их поверхности необходима разветвленная сеть трехфазной границы газ/электролит/катализатор (Рт) на твердой злектропроводящей подложке (углерод).

Это обеспечивает эффективную диффузию Н~ и О~ к месту реакции и ускоренное протекание реакции. Для этой цели углеродную подложку необходимо частично гидрофобизировать. При этом указанная сеть, а значит и гидрофобизация должны сохраняться в течение длительного времени - всего срока эксплуатации элемента. Указанная задача оказалась очень трудной и до сих пор далека от оптимального решения.

Д.О. Коломыткин, в отличие от ранее применяемых методов гидрофобизации осаждением фторполимерных соединений из водного раствора, применил новый неожиданный и оригинальный метод - растворение фторполимера в СОь находящемся в сверхкритическом состоянии, и последующее осаждение фторполимера на углеродную подложку при помощи перевода СО, в газовую фазу. Важно, что переход СО2 из сверхкритической фазы в газовую происходит плавно без пересечения границы раздела фаз. Найденный метод оказался очень плодотворным, Раствор фторполимера в сверхкритическом СО~ легко проникал в самые узкие каналы пористой углеродной подложки.

Таким образом„автору удалось получить более тонкое нанометровое гидрофобное покрытие с высокой степенью однородности и стабильности, Далее в работе была оптимизирована трехфазная граница в активном каталитическом слое электрода пу~ем нанесения фторполимерной пленки вышеуказанным способом на дисперсные частицы Рт-содержащего электрокаталитического материала с наноразмерным субзерном, обладающего большой пористостью и удельной поверхностью, В диссертационной работе показано, что уникальные свойства сверхкритического СО, как растворителя позволяю~ получить тонкое и однородное покрытие на таком морфологически и функционально сложном материале, при этом оставляя возможность избежать блокировки каталитических центров.

Автор разработал и применил новый эффективный метод формирования структур каталитических наночастиц на поверхности электрода. В реактор со сверхкритическим СО1 было добавлено три дополнительных компонента: блоксополимерные мицеллы, содержащие металлорганический прекурсор катализатора и водород. При этом в реакторе проходили две реакции одновременно, Прекурсор восстанавливался водородом до катализатора, а мицеллы (содержащие наночастицу катализатора, окруженную фторполимером) после перевода СО, из сверхкритической в газовую фазу формировали на поверхности электрода упорядоченую структуру. В отличие от предыдущих методов расстояние между наночастицами катализатора было малым и практически постоянным. При этом поверхность электрода вблизи наночастиц катализатора была покрыта гидрофобным фторполимером.

Оба последних фактора существенно увеличивают эффективность работы электрода. При помощи набора разных методов автором показано, что предложенный подход позволяет создавать фторуглеродное окружение у каждого индивидуального кластера каталитических наночастиц, что важно для подавления механизмов агломерации каталитических центров, оптимизации трехфазной границы, массопереноса, условий протекания каталитической реакции на катоде водородно- воздушного топливного элемента, Полученные новым способом электроды были использованы в работе для изготовления экспериментального топливного элемента и продемонстрирована их эффективная работа, Следует подчеркнуть, что в диссертационной работе применено большое число разных физических методов экспериментальных измерений.

Полученные результаты были многократно воспроизведены в ходе экспериментальной работы при помощи набора разных методов, что подтверждает высокую достоверность полученных результатов. Суть диссертационной работы ясно и грамотно изложена на 22 страницах автореферата. 1З рисунков наглядно демонстрируют полученные результаты. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ в том числе две из них в ведущих международных рецензируемых научных журналах, одна — в ведущем российском научном рецензируемом журнале.

Результаты работы докладывались диссертантом на 5-ти международной и российских научных конференциях. Проект, основанный на данной диссертации, получил финансовую поддержку «Программы трансляционных исследований и инноваций Сколтеха». Занимающаяся развитием проекта компания получила одобрение экспертного совета Инновационного цент»»а кСколкояо» и получила статус компании-резидента. Диссертационная работа Д,О. Коломыткина соответствует требованиям п. 14 "Положения о порядке присуждения ученых степеней" ВАК РФ, а ее автор заслуживает присвоения ему ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 02.00.0б. Старший научный сотрудник Института биологического приборостроен~ я РАН, кандидат физико-математических наук В.И.

Емельяненко Г. Пущино Московской обл. 2 сентября 2015 .