在复合质子交换膜中利用不溶于水的碳化物-酸混合体
Xiancan Yuan1, Zhongrui Lu1, Xiaoyang Jia1
1State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources, North China Electric Power University, Beijing 102206, China.
Membranes
|September 27, 2024
概括
研究人员创造了水不溶性酸 (HPW) 混合体,以提高复合膜中的质子导电性. 这些新材料显著提高导电性,并为质子交换膜应用提供长期稳定性.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 纳米技术 纳米技术
背景情况:
- 质子交换膜 (PEM) 对燃料电池至关重要,但它们的质子导电性往往受到水管理的限制.
- 酸 (HPW) 通过保留水来增强质子导电性,但其高溶解性阻碍其融入稳定的膜结构.
- 开发不溶于水的HPW基材料对于提高PEM性能和耐用性至关重要.
研究的目的:
- 合成不溶于水的酸 (HPW) 和石墨碳化物 (g-C3N4) 杂交物 (HWN) 以提高质子导电性.
- 在硫化聚乙烯基 (SPEEK) 基质中使用HWN填充剂制造复合膜.
- 评估已开发的复合膜的质子导电性和长期稳定性.
主要方法:
- 通过烧结将HPW和g-C3N4结合起来,形成不溶于水的HWN,将HPW与g-C3N4化学连接起来.
- HWN填充剂被纳入SPEEK矩阵中,以形成复合膜.
- 在室温下进行了质子导电性测量,在长时间浸泡在水中后评估了稳定性.
主要成果:
- 使用10%重量%HWN的复合膜的质子导电率为0.066 S cm-1 ,与SPEEK控制膜 (0.043 S cm-1) 相比,增加了53%.
- 基于HWN的复合膜表现出稳定的质子导电性,即使在水中浸泡2000小时后.
- 烧结方法有效地产生了不溶于水的含有HPW的纳米填充剂.
结论:
- 通过烧结将HPW与g-C3N4结合起来,可以产生适合PEM应用的不溶于水的HWN纳米填充剂.
- HWN/SPEEK复合膜显示显著增强和稳定的质子导电性,解决了可溶性HPW的局限性.
- 这种方法为开发耐用和高性能质子交换膜提供了一个有前途的战略.
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