Polimēru elektrolītu membrānu ar oglekļa nanostruktūru piedevām izstrāde elektroķīmiskai tritija bagātināšanai kodolsintēzes lietojumos

Abstract

Ūdeņraža radioaktīvais izotops tritijs tiek izmantots kodolsintēzē kā kodoldegviela, tomēr būtisks izaicinājums kodolsintēzē ir ūdeņraža izotopu atdalīšanas sistēmas, kas nepieciešamas gan tritija ieguvei no tritiju saturoša ūdens, gan tritija atdalīšanai kodolsintēzes degvielas ciklā. Viena no tritija atdalīšanas metodēm ir tritiju saturoša ūdens elektrolīze, kur, ģenerējot ūdeņradi, tritijs tiek sakoncentrēts ūdens fāzē. Šajā pētījumā izmantotas protonu apmaiņas membrānas ūdens elektrolīzei, kur elektrodi un ģenerētās gāzes atdalītas ar polimēra elektrolīta membrānu. Pētījumā izveidotas Nafion un SPEEK (sulfonēts poli(ēter-ētera ketons)) kompozītmembrānas ar oglekļa nanocaurulītēm un grafēna monoslāni un novērtēta to ietekme uz ūdeņraža ģenerēšanas Faradeja efektivitāti un tritija elektroķīmisku atdalīšanu.

The radioactive isotope of hydrogen, tritium, is used in nuclear fusion as a nuclear fuel. However, a significant challenge in nuclear fusion is the hydrogen isotope separation systems, which are necessary both for extracting tritium from tritium-containing water and for separating tritium in the fusion fuel cycle. One method for tritium separation is the electrolysis of tritium-containing water, where tritium becomes concentrated in the water phase during hydrogen generation. In this study, proton exchange membrane water electrolysis is used, where the electrodes and generated gases are separated by a polymer electrolyte membrane. Composite membranes made from NafionTM and SPEEK (sulfonated poly(ether-ether ketone)) with carbon nanotubes and a graphene monolayer were developed in the study, and their impact on hydrogen generation Faraday efficiency and tritium electrochemical separation was evaluated.