聚胺醇分散聚合物涂层纳米线作为质子交换膜燃料电池的高效电解质

科学领域:

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背景情况:

• 质子交换膜燃料电池 (PEMFCs) 需要高效的质子导电解质.
• 聚胺醇 (PBI) 膜是有希望的,但需要增强质子导电性.
• 开发用于薄而高效的膜的新材料对于PEMFC的发展至关重要.

研究的目的:

• 使用聚合物涂层无机纳米线在PBI矩阵内设计1D质子导电道.
• 研究不同纳米线材料 (ZrO2和W18O49) 和聚合物涂层 (PVPA和PDDA) 对质子导电性的影响.
• 为了评估PEM燃料电池中开发的膜的性能.

主要方法:

• 使用离子-液体和溶热方法合成ZrO2和W18O49纳米线.
• 用PVPA和PDDA聚合物涂覆纳米线,以提高质子导电性.
• 通过在PBI矩阵中分散涂层纳米线来制造聚合物电解质膜.
• 使用SEM,TG/DTA和质子导电性测量的表征.
• 在燃料电池设置中测试膜性能.

主要成果:

• 准备好的膜由于PBI的优势而表现出无形的性质.
• SEM分析显示,平均膜厚度为36微米.
• 在TG/DTA分析中,与ZrO2纳米线 (18%) 相比,W18O49纳米线显示较低的重量损失 (2.8%).
• 在80°C时,PDDA/W18O49 NWs的质子导电率是PDDA/ZrO2 NWs (1 x 10^-4 S/cm) 的4倍 (4 x 10^-4 S/cm).
• 在24小时后,PDDA-W18O49 NWs分散的PBI膜显示燃料电池电流密度 (1.2 A/cm2) 和功率密度 (215 mW/cm2) 比纯PBI在150°C时高2.5倍.
• 这些膜表现出较低的现场质子电阻 (0.47 Ω) 与纯PBI (0.8 Ω) 相比.

结论:

• 聚合物涂层的异型无机纳米线有效地在PBI中创建1D质子导电道.
• 涂有PDDA的W18O49纳米线显著提高了质子导电性和燃料电池性能.
• 开发的膜为用于PEM燃料电池的薄而高效的聚合物电解质膜提供了一个有前途的途径.