研究發現：交聯劑長度影響AEM燃料電池性能
時間:2020-12-24 08:48來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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（圖片來源：仁川國立大學）
陰離子交換膜燃料電池(AEMFC)利用氫氣發電，被認為是目前使用的質子交換膜燃料電池的替代品。然而，在堿性條件下，陰離子交換膜（AEM）存在穩定性問題。雖然可以通過交聯來克服這一問題，但交聯劑長度對AEMFC電池性能的具體影響尚不明了。據外媒報道，最近，韓國科學家闡明含氧交聯劑的效能，利用最佳長度交聯劑，制造出一種性能更優異的新型AEMFC電池。
為了改善生態環境，用綠色能源替代化石燃料，目前，氫氣作為有潛力替代品備受關注。在燃料電池中，它可以用來發電，所產生的唯一副產品是水。然而，該技術尚未完全做好商業化準備，因為研究最廣泛的質子交換膜燃料電池存在成本高和穩定性差問題。
相比之下，在陰離子交換膜(AEM)燃料電池中，所使用的催化劑成本更低，而且性能更好。這類電池通過聚合物電解質（由聚合物骨架和離子傳導基團組成），來循環氫氧根離子（OH-），而不是質子。提高這類電解質性能的一種方法是，通過分子側鏈將聚合物單元（物理或化學）連接在一起，也就是交聯。雖然含氧交聯劑具有親水性，可以提高AEM的穩定性和離子導電性，但交聯劑長度能夠定義氧原子數目，其具體影響還不是很清楚。
在最近的一項研究中，仁川國立大學（Incheon National University）的科學家，制備帶有銨離子導電基團的長AEM聚合物，并利用不同長度的含環氧乙烷交聯劑，將這些分子結合在一起。他們通過大量實驗，對采用不同長度交聯劑的AEM進行性能對比，包括機械和熱性能、保水能力、氫氧根離子電導率、形態和穩定性。
科學家們最終闡明相關機制，即交聯劑長度過長，能夠降低AEM性能。研究負責人Tae-Hyun Kim教授表示：“人們很可能認為，含氧交聯劑的親水性更高，并使離子導電性更好。然而，研究結果顯示，過多的重復氧單元，提高了所得材料的結晶度或有序度，這反而會降低親水性，并最終損害AEM的很多物理和化學性質。”
研究人員確定交聯劑的最佳長度，并在此基礎上制備AEM燃料電池，發現其性能明顯超過使用不含氧交聯劑的AEM。Kim教授表示：“我們得出的主要結論是，有效策略是在最佳長度交聯劑中加入環氧乙烷等高親水性分子，這將改善AEM的基本性能及其在燃料電池中的實際性能。”
就實際應用和商業化而言，AEM燃料電池仍然有待改進，但這項研究推進了新一代環保能源的發展。
(責任編輯：子蕊)
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