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研究發現:交聯劑長度影響AEM燃料動力電池性能

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2023年01月10日  

(:仁川國立大學)


陰離子交換膜燃料動力電池(AEMFC)利用氫氣發電,被認為是目前使用的質子交換膜燃料動力電池的替代品。然而,在堿性條件下,陰離子交換膜(AEM)存在穩定性問題。雖然可以通過交聯來克服這一問題,但交聯劑長度對AEMFC電池性能的具體影響尚不明了。據外媒報道,最近,韓國科學家闡明含氧交聯劑的效能,利用最佳長度交聯劑,制造出一種性能更優異的新型AEMFC電池。


為了改善生態環境,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注。在燃料動力電池中,它可以用來發電,所出現的唯一副產品是水。然而,該技術尚未完全做好商業化準備,因為研究最廣泛的質子交換膜燃料動力電池存在成本高和穩定性差問題。


相比之下,在陰離子交換膜(AEM)燃料動力電池中,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(由聚合物骨架和離子傳導基團組成),來循環氫氧根離子(OH-),而不是質子。提高這類電解質性能的一種方法是,通過分子側鏈將聚合物單元(物理或化學)連接在一起,也就是交聯。雖然含氧交聯劑具有親水性,可以提高AEM的穩定性和離子導電性,但交聯劑長度能夠含義氧原子數目,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(IncheonNationalUniversity)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氧乙烷交聯劑,將這些分子結合在一起。他們通過大量實驗,對采用不同長度交聯劑的AEM進行性能比較,包括機械和熱性能、保水能力、氫氧根離子電導率、形態和穩定性。


科學家們最終闡明相關機制,即交聯劑長度過長,能夠降低AEM性能。研究負責人Tae-HyunKim教授表示:人們很可能認為,含氧交聯劑的親水性更高,并使離子導電性更好。然而,研究結果顯示,過多的重復氧單元,提高了所得材料的結晶度或有序度,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。


研究人員確定交聯劑的最佳長度,并在此基礎上制備AEM燃料動力電池,發現其性能明顯超過使用不含氧交聯劑的AEM。Kim教授表示:我們得出的重要結論是,有效策略是在最佳長度交聯劑中加入環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動力電池中的實際性能。


就實際應用和商業化而言,AEM燃料動力電池仍然有待改進,但這項研究推進了新一代環保能源的發展。

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