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氢云海外:日本科学家提高质子传导膜的效率,或可改善氢燃料电池性能

氢云链| 2020-3-27 10:10 阅读 4080 评论 0

据外媒报道,近日,发表在《先进材料科学与技术》(Science and Technology of Advanced Materials)杂志上的一篇综述表示,让氢燃料电池薄膜的分子更具有结构性,可以提高其效率,而氢燃料电池可以为电动汽车和其他工业应用提供能源。

(图片来源:日本先进科学技术研究所)

氢燃料电池是电动汽车产生能源的部件,为了发挥作用,氢燃料电池需要能够将氢分子分裂成带正电荷的质子以及带负电荷的电子,而一种特殊类型的膜 ——质子传导聚合物膜就具备该功能。该膜只允许质子通过,而电子会绕着薄膜产生所需的电流,然后通过一层薄薄的“离子交联聚合物”膜运输质子进入电化学催化剂,在电化学催化剂中电子和质子会重新结合。

研究表明,在较厚的质子传导聚合物膜中传输质子比在较薄的离子交联聚合物膜中更好。

日本先进科学技术研究所(Japan Advanced Institute of Science and Technology)材料科学家Yuki Nagao表示,必须研究质子传输的第二部分,以改善燃料电池的性能,因此他多年来一直在研究质子传导膜。Yuki Nagao教授采用最先进的技术,一直在研究离子交联聚合物膜的分子结构,并发现其内部的组织结构越好,就越能更好地传导质子。

氢燃料电池中常用的一些离子膜都是用全氟磺酸制成,此类薄膜可以放置在由硅氧化物、氧化镁或喷镀的铂或金等物质制成的表面上。Nagao发现,此种薄膜中的质子传导率取决于此类表面的类型,并可能影响到燃料电池的性能。

在另一种由烷基磺化聚酰亚胺制成的薄膜中,其分子会随着吸水率的增加也变得更具结构性,这一特性是在加入溶剂时,该材料能够进入液晶相导致的。

现在,仍需要进一步的研究,以了解如何通过应用外部磁场,利用其液晶特性,或通过在薄膜内的聚合物链之间建立氢键网络,以控制分子结构,将有助于研发利用高质子传导聚合物膜的各种应用。

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