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科学家制造出一种性能更优异的新型AEMFC电池

2021-01-26 18:21:30

阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)利用氢气发电，被认为是目前使用的质子交换膜燃料电池的替代品。然而，在碱性条件下，阴离子交换膜(AEM)存在稳定性问题。虽然可以通过交联来克服这一问题，但交联剂长度对AEMFC电池性能的具体影响尚不明了。据外媒报道，最近，韩国科学家阐明含氧交联剂的效能，利用最佳长度交联剂，制造出一种性能更优异的新型AEMFC电池。

为了改善生态环境，用绿色能源替代化石燃料，目前，氢气作为有潜力替代品备受关注。在燃料电池中，它可以用来发电，所产生的唯一副产品是水。然而，该技术尚未完全做好商业化准备，因为研究最广泛的质子交换膜燃料电池存在成本高和稳定性差问题。

相比之下，在阴离子交换膜(AEM)燃料电池中，所使用的催化剂成本更低，而且性能更好。这类电池通过聚合物电解质(由聚合物骨架和离子传导基团组成)，来循环氢氧根离子(OH-)，而不是质子。提高这类电解质性能的一种方法是，通过分子侧链将聚合物单元(物理或化学)连接在一起，也就是交联。虽然含氧交联剂具有亲水性，可以提高AEM的稳定性和离子导电性，但交联剂长度能够定义氧原子数目，其具体影响还不是很清楚。

在最近的一项研究中，仁川国立大学(Incheon National University)的科学家，制备带有铵离子导电基团的长AEM聚合物，并利用不同长度的含环氧乙烷交联剂，将这些分子结合在一起。他们通过大量实验，对采用不同长度交联剂的AEM进行性能对比，包括机械和热性能、保水能力、氢氧根离子电导率、形态和稳定性。

科学家们最终阐明相关机制，即交联剂长度过长，能够降低AEM性能。研究负责人Tae-Hyun Kim教授表示：“人们很可能认为，含氧交联剂的亲水性更高，并使离子导电性更好。然而，研究结果显示，过多的重复氧单元，提高了所得材料的结晶度或有序度，这反而会降低亲水性，并最终损害AEM的很多物理和化学性质。”

研究人员确定交联剂的最佳长度，并在此基础上制备AEM燃料电池，发现其性能明显超过使用不含氧交联剂的AEM。Kim教授表示：“我们得出的主要结论是，有效策略是在最佳长度交联剂中加入环氧乙烷等高亲水性分子，这将改善AEM的基本性能及其在燃料电池中的实际性能。”

就实际应用和商业化而言，AEM燃料电池仍然有待改进，但这项研究推进了新一代环保能源的发展。

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标签： 新型AEMFC电池

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