多长时间算不算长？交联剂长度对阴离子交换膜燃料电池的影响

时间：2022-06-01 10:42:12来源：

全世界都在努力用更环保的替代品代替化石燃料。氢气 (H2) 是目前备受关注的有前途的选择;它可用于在燃料电池中发电，产生的水是唯一的副产品。然而，该技术还没有完全准备好商业化，因为质子交换膜燃料电池是研究最广泛的类型，存在成本高和稳定性问题。

相比之下，阴离子交换膜 (AEM) 燃料电池使用更便宜的催化剂并且可以提供卓越的性能。在这些电池中，氢氧根离子 (OH-) 通过使用由聚合物骨架和离子导电基团组成的聚合物电解质代替质子循环。改善此类电解质性能的一种方法是交联——通过分子侧链将聚合物单元以物理或化学方式相互连接。

尽管含氧交联剂凭借其亲水性或对水的亲和力提高了 AEM 的稳定性和离子电导率，但交联剂长度(定义氧原子数)的影响尚不清楚。

为了更深入地了解这个问题，仁川国立大学的科学家们最近进行了一项研究，他们制备了具有铵离子导电基团的长 AEM 聚合物，并使用各种长度的含环氧乙烷 (EO) 的交联剂将这些分子结合在一起。通过各种各样的实验，他们比较了具有不同交联剂长度的 AEM 的机械和热性能、保水能力、OH-离子电导率、形态和稳定性。他们的研究结果发表在高分子科学领域的顶级期刊《Journal of Membrane Science 》上。

这些实验帮助科学家阐明了过度交联剂长度最终会降低 AEM 性能的机制。领导这项研究的 Tae-Hyun Kim 教授解释说：“虽然很容易预测含氧交联剂会增加亲水性并可能导致更好的离子电导率，但我们的结果表明，过多的重复氧单元会增加“所得材料的结晶度或有序度。反过来，这实际上会降低亲水性并最终损害 AEM 的许多物理化学性质。”

在确定了交联剂的最佳长度后，研究人员制备了 AEM 燃料电池，发现其性能明显优于使用不含含氧交联剂的 AEM。Kim 教授对结果感到兴奋：“我们研究的主要内容是，将具有高亲水性的分子(如环氧乙烷)添加到最佳长度的交联剂中，是改善 AEM 基本性能及其在真正的燃料电池。”

尽管 AEM 燃料电池在实际应用和商业化之前仍有改进的空间，但这项研究使我们的社会朝着下一代环保能源的普及迈进了一步。

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