研究發(fā)現(xiàn)：交聯(lián)劑長度影響AEM燃料電池性能

時間:2020-12-24 08:48來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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（圖片來源：仁川國立大學）
 
       陰離子交換膜燃料電池(AEMFC)利用氫氣發(fā)電，被認為是目前使用的質(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)定性問題。雖然可以通過交聯(lián)來克服這一問題，但交聯(lián)劑長度對AEMFC電池性能的具體影響尚不明了。據(jù)外媒報道，最近，韓國科學家闡明含氧交聯(lián)劑的效能，利用最佳長度交聯(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)化準備，因為研究最廣泛的質(zhì)子交換膜燃料電池存在成本高和穩(wěn)定性差問題。
 
       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。這類電池通過聚合物電解質(zhì)（由聚合物骨架和離子傳導基團組成），來循環(huán)氫氧根離子（OH-），而不是質(zhì)子。提高這類電解質(zhì)性能的一種方法是，通過分子側(cè)鏈將聚合物單元（物理或化學）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)定性和離子導電性，但交聯(lián)劑長度能夠定義氧原子數(shù)目，其具體影響還不是很清楚。
 
       在最近的一項研究中，仁川國立大學（Incheon National University）的科學家，制備帶有銨離子導電基團的長AEM聚合物，并利用不同長度的含環(huán)氧乙烷交聯(lián)劑，將這些分子結(jié)合在一起。他們通過大量實驗，對采用不同長度交聯(lián)劑的AEM進行性能對比，包括機械和熱性能、保水能力、氫氧根離子電導率、形態(tài)和穩(wěn)定性。
 
       科學家們最終闡明相關(guān)機制，即交聯(lián)劑長度過長，能夠降低AEM性能。研究負責人Tae-Hyun Kim教授表示：“人們很可能認為，含氧交聯(lián)劑的親水性更高，并使離子導電性更好。然而，研究結(jié)果顯示，過多的重復氧單元，提高了所得材料的結(jié)晶度或有序度，這反而會降低親水性，并最終損害AEM的很多物理和化學性質(zhì)。”
 
       研究人員確定交聯(lián)劑的最佳長度，并在此基礎上制備AEM燃料電池，發(fā)現(xiàn)其性能明顯超過使用不含氧交聯(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際性能。”
 
       就實際應用和商業(yè)化而言，AEM燃料電池仍然有待改進，但這項研究推進了新一代環(huán)保能源的發(fā)展。
 
(責任編輯：子蕊)
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