研究人員開發(fā)新型復(fù)合膜 提高直接乙醇燃料電池效率
據(jù)外媒報(bào)道，巴西核能研究所（IPEN）、德國亥姆霍茲柏林材料與能源研究中心（HZB）和加拿大國家農(nóng)業(yè)研究所（INRA）的研究人員，開發(fā)了一種可用于直接乙醇燃料電池的新型復(fù)合膜。
乙醇的體積能量密度（6.7kWh/L）是氫（1.3kWh/L）5倍多，可以安全地用于燃料電池發(fā)電。舉例來說，日產(chǎn)正在研究探討乙醇燃料固態(tài)氧化物燃料電池的潛力。巴西盛產(chǎn)甘蔗，利用甘蔗生產(chǎn)的乙醇，可以作為汽車燃料的替代品。因此，這里的人對于性能更優(yōu)良的乙醇燃料電池更感興趣。從理論上講，乙醇燃料電池的效率為96%，但在具體操作過程中，由于各種原因，其最高功率密度僅能達(dá)到30%。
巴西核能研究所Bruno Matos博士領(lǐng)導(dǎo)的小組，正在研究用于直接乙醇燃料電池的新型復(fù)合膜。全新定制聚合物復(fù)合電解質(zhì)材料，是一種很有前途的解決方案，有望取代目前的領(lǐng)先聚合物電解質(zhì)，如Nafion。
Matos及其團(tuán)隊(duì)利用熔融擠壓工藝，制備Nafion和磺酸基功能化鈦酸納米管復(fù)合膜，用于直接乙醇燃料電池的測試。在HZB中心BESSY II同步輻射源的幫助下，他們能夠詳細(xì)觀察Nafion基質(zhì)中的納米顆粒是如何分布的，以及它們?nèi)绾螏椭岣哔|(zhì)子導(dǎo)電性。
Matos團(tuán)隊(duì)通過BESSY II的IRIS紅外光束線，對Nafion復(fù)合膜四種不同的構(gòu)成進(jìn)行詳盡地分析。小角度X線散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)，鈦粒子與Nafion離子基體之間存在協(xié)同作用。他們利用紅外光譜，觀察到功能化納米顆粒的磺酸基團(tuán)之間形成化學(xué)橋。此外，通過跟蹤質(zhì)子沿著離子團(tuán)簇的移動(dòng)軌跡，他們發(fā)現(xiàn)即使納米顆粒的濃度較高，復(fù)合膜的質(zhì)子電導(dǎo)率也會(huì)增高。
HZB的科學(xué)家Ljiljana Puskar博士稱：“這是真正的驚喜。”隨著納米粒子數(shù)量增多，導(dǎo)電性能降低，這是阻礙高性能復(fù)合材料發(fā)展的主要障礙之一。質(zhì)子電導(dǎo)率越高，電荷載體的遷移率越高，直接乙醇燃料電池的效率就越高。
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