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研究發(fā)現(xiàn)：交聯(lián)劑長(zhǎng)度影響AEM燃料電池性能

時(shí)間:2020-12-24 08:48來(lái)源:蓋世汽車(chē) 作者:Elisha

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（圖片來(lái)源：仁川國(guó)立大學(xué)）

陰離子交換膜燃料電池(AEMFC)利用氫氣發(fā)電，被認(rèn)為是目前使用的質(zhì)子交換膜燃料電池的替代品。然而，在堿性條件下，陰離子交換膜（AEM）存在穩(wěn)定性問(wèn)題。雖然可以通過(guò)交聯(lián)來(lái)克服這一問(wèn)題，但交聯(lián)劑長(zhǎng)度對(duì)AEMFC電池性能的具體影響尚不明了。據(jù)外媒報(bào)道，最近，韓國(guó)科學(xué)家闡明含氧交聯(lián)劑的效能，利用最佳長(zhǎng)度交聯(lián)劑，制造出一種性能更優(yōu)異的新型AEMFC電池。

為了改善生態(tài)環(huán)境，用綠色能源替代化石燃料，目前，氫氣作為有潛力替代品備受關(guān)注。在燃料電池中，它可以用來(lái)發(fā)電，所產(chǎn)生的唯一副產(chǎn)品是水。然而，該技術(shù)尚未完全做好商業(yè)化準(zhǔn)備，因?yàn)檠芯孔顝V泛的質(zhì)子交換膜燃料電池存在成本高和穩(wěn)定性差問(wèn)題。

相比之下，在陰離子交換膜(AEM)燃料電池中，所使用的催化劑成本更低，而且性能更好。這類(lèi)電池通過(guò)聚合物電解質(zhì)（由聚合物骨架和離子傳導(dǎo)基團(tuán)組成），來(lái)循環(huán)氫氧根離子（OH-），而不是質(zhì)子。提高這類(lèi)電解質(zhì)性能的一種方法是，通過(guò)分子側(cè)鏈將聚合物單元（物理或化學(xué)）連接在一起，也就是交聯(lián)。雖然含氧交聯(lián)劑具有親水性，可以提高AEM的穩(wěn)定性和離子導(dǎo)電性，但交聯(lián)劑長(zhǎng)度能夠定義氧原子數(shù)目，其具體影響還不是很清楚。

在最近的一項(xiàng)研究中，仁川國(guó)立大學(xué)（Incheon National University）的科學(xué)家，制備帶有銨離子導(dǎo)電基團(tuán)的長(zhǎng)AEM聚合物，并利用不同長(zhǎng)度的含環(huán)氧乙烷交聯(lián)劑，將這些分子結(jié)合在一起。他們通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，對(duì)采用不同長(zhǎng)度交聯(lián)劑的AEM進(jìn)行性能對(duì)比，包括機(jī)械和熱性能、保水能力、氫氧根離子電導(dǎo)率、形態(tài)和穩(wěn)定性。

科學(xué)家們最終闡明相關(guān)機(jī)制，即交聯(lián)劑長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，能夠降低AEM性能。研究負(fù)責(zé)人Tae-Hyun Kim教授表示：“人們很可能認(rèn)為，含氧交聯(lián)劑的親水性更高，并使離子導(dǎo)電性更好。然而，研究結(jié)果顯示，過(guò)多的重復(fù)氧單元，提高了所得材料的結(jié)晶度或有序度，這反而會(huì)降低親水性，并最終損害AEM的很多物理和化學(xué)性質(zhì)。”

研究人員確定交聯(lián)劑的最佳長(zhǎng)度，并在此基礎(chǔ)上制備AEM燃料電池，發(fā)現(xiàn)其性能明顯超過(guò)使用不含氧交聯(lián)劑的AEM。Kim教授表示：“我們得出的主要結(jié)論是，有效策略是在最佳長(zhǎng)度交聯(lián)劑中加入環(huán)氧乙烷等高親水性分子，這將改善AEM的基本性能及其在燃料電池中的實(shí)際性能。”

就實(shí)際應(yīng)用和商業(yè)化而言，AEM燃料電池仍然有待改進(jìn)，但這項(xiàng)研究推進(jìn)了新一代環(huán)保能源的發(fā)展。

(責(zé)任編輯：子蕊)

文章標(biāo)簽：電池燃料電池氫氣陰離子交換膜燃料電池

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