研究人员开发新的复合膜以提高直接乙醇燃料电池的效率

2020-07-07 09:36:33 新闻来源:网络
  据国外媒体报道,来自巴西核能研究所(ipen)、赫尔姆霍兹柏林材料与能源研究中心(HZB)和加拿大国家农业研究所(INRA)的研究人员开发出用于直接乙醇燃料电池的新型复合膜。
  乙醇(6.7 kwh/L)的体积能量密度是氢(1.3 kwh/L)的5倍以上,可安全用于燃料电池发电。例如,日产正在探索乙醇燃料固体氧化物燃料电池的潜力。巴西盛产甘蔗。甘蔗生产的乙醇可作为汽车燃料的替代品。因此,人们对性能更好的乙醇燃料电池更感兴趣。理论上乙醇燃料电池的效率为96%,但在具体操作过程中,由于各种原因,其最大功率密度只能达到30%。
  巴西核能研究所的布鲁诺·马托斯博士领导的一个小组正在研究用于直接乙醇燃料电池的新型复合膜。新型定制聚合物复合电解质材料是很有前途的解决方案,有望取代目前领先的聚合物电解质,如Nafion。
  马托斯和他的团队通过熔融挤出工艺制备了Nafion和磺酸功能化的钛酸纳米管复合膜,用于直接乙醇燃料电池测试。在HZB中心的bessy II同步辐射源的帮助下,他们能够详细观察到Nafion基质中的纳米颗粒是如何分布的,以及它们是如何帮助提高质子导电性的。
  马托斯团队通过bessy II的虹膜红外光束线详细分析了四种不同成分的Nafion复合膜。小角X射线散射实验证实了钛颗粒与Nafion离子基体之间存在协同作用。他们用红外光谱观察功能化纳米颗粒磺酸基之间化学桥的形成。此外,通过跟踪质子在离子簇中的运动,他们发现即使纳米颗粒的浓度很高,复合膜的质子电导率也会增加。
  “这真是个惊喜,”HZB科学家ljiljana puskar博士说,随着纳米颗粒数量的增加,导电性降低,这是发展高性能复合材料的主要障碍之一。质子电导率越高,载流子迁移率越高,直接乙醇燃料电池的效率越高。
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