Большая часть используемых мембран относится к протонно-обменному тип; в последнее время были предложены мембраны анионообменного типа, которс имеют ряд преимуществ: устойчивость к углекислому газу, упрощенное регули рование водоотвода, возможность использования более дешевых неблагородк металлов в качестве катализаторов.

Мембраны, выполняющие роль электролита, должны обладать высокой ион ной проводимостью, но не должны проводить электроны. Они должны бы непроницаемы для газов и способны выдерживать существенные перепады да ления.

Материалом для многих таких мембран служит тефлоновая основа с функ циональной сульфоновой группой S03 в боковой цепи. Это кислотная груп неподвижна и не может вытечь.

Чем тоньше мембрана, тем меньше ее сопротивление потоку протонов. Обы но используют мембраны толшиной от 50 до 180 мкмЧ Если мембрана оказы ется слишком тонкой, через нее просачиваются газы и КПД ячейки снижаете о чем свидетельствует падение напряжения на ячейке.

Для того чтобы мембрана имела высокую протонную проводимость, нео! ходимо чтобы концентрация S03 была достаточно высокой. Отношение меж.: массой сухого полимера (кг) и количеством S03 (кмоль) называется эквивален ным весом (ЭВ). Чем меньше ЭВ. тем выше ионная проводимость. Для мемб] с одинаковой основой, чем короче боковая цепь, тем меньше ЭВ. Наприме мембрана из нафиона с боковой цепью

-О - CF2 - CF3CF - О - CF2 - CF2 - S03H имеет больший ЭВ, чем мембрана Dow с более короткой цепью

-О - CF2 - CF2 - S03H

Действительно, ЭВ нафиона обычно составляет 1100 кг/кмоль, тогда как Э мембран Dow равен примерно 800 кг/кмоль.

Протонная проводимость мембраны зависит также от того, полностью Л мембрана гидратирована (проводимость сухой мембраны значительно уменьш ется), поэтому важно обеспечить правильное управление отводом и подводов воды (см. ниже).

Мембраны могут быть очень дорогими. В 80-х годах стоимость нафиона с ставляла 800 долл/м2. Одной из причин такой высокой стоимости является длительный ресурс — этот материал был разработан в расчете на 100 000 ч ра

О Толщина листа офисной бумаги равна примерно 100 мкм боты в установках по производству хлора. Ресурс же автомобиля вряд ли превы­шает 300 000 км пробега, что при средней скорости движения 30 км/ч составит 10 000 ч работы. Таким образом, применительно к топливным элементам для автомобилей нафион имеет слишком большой запас по рабочему ресурсу, поч­ати на порядок превышающий необходимое значение. Компания Ballard прило - . та усилия, чтобы создать собственный тип мембран, в которых содержалось бы меньше фтора, их стоимость была бы ниже, а эффективность выше, чем в мембранах Dow и мембранах из нафиона. Как ни странно, но рабочий ре­ет рс этих мембран превысил 15 000 часов, что более чем достаточно для ав­томобильных ТЭ.