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名古屋大學(xué)開發(fā)超高密度磺酸聚合物電解質(zhì)膜 可用于燃料電池
日期:2023-04-25   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_qianjiao 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
據(jù)外媒報(bào)道,在日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)委托的一個(gè)項(xiàng)目中,名古屋大學(xué)(Nagoya University)的研究人員開發(fā)了具有高密度磺酸基團(tuán)的聚苯乙烯磺酸基聚合物電解質(zhì)膜(PEM)。

(圖片來源:名古屋大學(xué))

環(huán)保型聚合物電解質(zhì)燃料電池的關(guān)鍵部件之一是PEM。這種電池通過氫氣和氧氣的反應(yīng)產(chǎn)生電能,可用于燃料電池汽車(FCV)和燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)(CHP)系統(tǒng)。

最有名的PEM是全氟磺酸聚合物基薄膜,如杜邦公司(DuPont)在1960年代開發(fā)的Nafion,在70-90℃和加濕的條件下質(zhì)子電導(dǎo)率為0.1 S/cm。在這些條件下,質(zhì)子可以從磺酸基團(tuán)中釋放出來。在這種膜中,通常依靠質(zhì)子、磺酸基團(tuán)和水分子之間的質(zhì)子傳輸機(jī)制來傳導(dǎo)質(zhì)子。通常情況下,膜中磺酸基團(tuán)的密度越高,從磺酸基團(tuán)中釋放出來的質(zhì)子密度就越高?;旧蟻碚f,磺酸基團(tuán)的密度越高,質(zhì)子電導(dǎo)率越高。

然而,使用傳統(tǒng)合成工藝,很難合成具有高密度磺酸基團(tuán)的質(zhì)子交換膜。例如,在聚苯乙烯磺酸基PEM中,為了提高磺酸基團(tuán)的密度,必須長時(shí)間或在嚴(yán)苛的條件下進(jìn)行磺化反應(yīng)。這通常需要使用高氧化性物質(zhì),如發(fā)煙硫酸和氯磺酸,由此會(huì)產(chǎn)生不良的副反應(yīng),例如聚合物主鏈斷裂。因此,在聚合物合成過程中,為了避免發(fā)生不必要的副反應(yīng),所合成的商用PEM通常具有低密度磺酸基團(tuán)。就商用Nafion或聚苯乙烯磺酸基PEM(例如旭硝子的Selemion離子膜)而言,離子交換容量(IEC,即酸基密度指數(shù))通常小于1.0 meq./g。

名古屋大學(xué)工程學(xué)研究生院和名古屋大學(xué)未來社會(huì)創(chuàng)新研究所(Institutes of Innovation for Future Society)Atsushi Noro等人開發(fā)了具有超高密度磺酸基團(tuán)的聚苯乙烯磺酸基PEM。該P(yáng)EM的IEC為5.0 mequiv./g,比常規(guī)商用PEM(如Nafion或Selemion)高5倍。在聚合物電解質(zhì)燃料電池的常用操作條件(90%RH和80℃)下,其質(zhì)子電導(dǎo)率為0.93 S/cm。在相同的測量條件下,比Nafion(0.15 S/cm)或Selemion(0.091 S/cm)的電導(dǎo)率高6倍。

未來的燃料電池將在更惡劣的操作條件下運(yùn)行,如溫度更高、濕度更低。這項(xiàng)研究將有助于下一代合成和開發(fā)高性能PEM,在如此惡劣的條件下,其電導(dǎo)率可達(dá)到或超過0.1 S/cm。這項(xiàng)研究還將有助于實(shí)現(xiàn)凈零碳社會(huì)的目標(biāo)。

原標(biāo)題: 名古屋大學(xué)開發(fā)超高密度磺酸聚合物電解質(zhì)膜 可用于燃料電池
 
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來源:蓋世汽車
 
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