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交联剂长度对阴离子交换膜燃料电池的影响

人工智能 2021-04-30 15:32:42

阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)使用氢发电,被认为是目前使用的质子交换膜燃料电池的替代产品。但是,AEM在碱性条件下存在稳定性问题,可以通过交联来克服。但是,交联剂长度对AEMFC性能的影响尚不十分清楚。现在,韩国科学家已经阐明了含氧交联剂的这种作用。使用最佳长交联剂,他们生产了性能更高的新型AEMFC。

全球正在做出许多努力来用更绿色的替代品替代化石燃料。氢(H 2)是当前备受关注的有前途的选择。它可以用于燃料电池中的发电,其中水是唯一的副产物。然而,该技术尚未完全商业化,因为被广泛研究的质子交换膜燃料电池存在高成本和稳定性问题。

相反,阴离子交换膜(AEM)燃料电池使用便宜的催化剂,并且可以提供出色的性能。在这些细胞中,氢氧根离子(OH - )是通过使用一个聚合物主链和离子导电基团构成的聚合物电解质的循环,而不是质子。改善这种电解质性能的一种方法是通过分子侧链使聚合物单元物理或化学交联。

尽管含氧的交联剂由于其亲水性或对水的亲和性而改善了AEM的稳定性和离子电导率,但尚未详细了解定义氧原子数的交联剂长度的影响。

为了更深入地了解这一问题,仁川国立大学的科学家最近进行了一项研究,他们准备了带有铵离子导电基团的长AEM聚合物,并使用各种长度的含环氧乙烷的交联剂将这些分子结合在一起。通过各种各样的实验中,他们比较了其机械和热性能,保水能力,OH方面不同交联剂长度的AEM -离子传导性,形态和稳定性。他们的发现发表在《膜科学杂志》上,这是高分子科学领域的顶级期刊。

实验帮助科学家阐明了过长的交联剂长度最终会降低AEM性能的机制。主持这项研究的Tae-Hyun Kim教授解释说:“尽管很容易预测含氧的交联剂会增加亲水性并可能导致更好的离子电导率,但我们的结果表明,大量重复的氧单元会增加所得材料的结晶度或有序度。反过来,这实际上降低了亲水性,并最终损害了AEM的许多物理化学性质。”

在确定了其交联剂的最佳长度后,研究人员制备了AEM燃料电池,发现所产生的性能明显优于使用不含含氧交联剂的AEM时的性能。金教授对结果感到兴奋,他说:“我们研究的主要收获是,将具有高水亲和力的分子(例如环氧乙烷)添加到最佳长度的交联剂中,是改善AEM的基本性能及其在AEM中的性能的有效策略。实际的燃料电池。”

尽管在将AEM燃料电池有效地应用于实践和商业化之前仍有改进的余地,但这项研究朝着下一代生态友好型能源的普及迈出了进一步的一步。

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