日本科學家提高質子傳導膜的效率 或可改善氫燃料電池性能

2020-03-29 09:35  來源:OFweek氫能  瀏覽:  

外媒報道,近日,發表在《先進材料科學與技術》(Science and Technology of Advanced Materials)雜志上的一篇綜述表示,讓氫燃料電池薄膜的分子更具有結構性,可以提高其效率,而氫燃料電池可以為電動汽車和其他工業應用提供能源。

(圖片來源:日本先進科學技術研究所)

氫燃料電池是電動汽車產生能源的部件,為了發揮作用,氫燃料電池需要能夠將氫分子分裂成帶正電荷的質子以及帶負電荷的電子,而一種特殊類型的膜 ——質子傳導聚合物膜就具備該功能。該膜只允許質子通過,而電子會繞著薄膜產生所需的電流,然后通過一層薄薄的“離子交聯聚合物”膜運輸質子進入電化學催化劑,在電化學催化劑中電子和質子會重新結合。

研究表明,在較厚的質子傳導聚合物膜中傳輸質子比在較薄的離子交聯聚合物膜中更好。

日本先進科學技術研究所(Japan Advanced Institute of Science and Technology)材料科學家Yuki Nagao表示,必須研究質子傳輸的第二部分,以改善燃料電池的性能,因此他多年來一直在研究質子傳導膜。Yuki Nagao教授采用最先進的技術,一直在研究離子交聯聚合物膜的分子結構,并發現其內部的組織結構越好,就越能更好地傳導質子。

氫燃料電池中常用的一些離子膜都是用全氟磺酸制成,此類薄膜可以放置在由硅氧化物、氧化鎂或噴鍍的鉑或金等物質制成的表面上。Nagao發現,此種薄膜中的質子傳導率取決于此類表面的類型,并可能影響到燃料電池的性能。

在另一種由烷基磺化聚酰亞胺制成的薄膜中,其分子會隨著吸水率的增加也變得更具結構性,這一特性是在加入溶劑時,該材料能夠進入液晶相導致的。

現在,仍需要進一步的研究,以了解如何通過應用外部磁場,利用其液晶特性,或通過在薄膜內的聚合物鏈之間建立氫鍵網絡,以控制分子結構,將有助于研發利用高質子傳導聚合物膜的各種應用。

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