长基烯间隔器在酸基聚合物电解质膜中促进结构排序和质子运输
Itsuki Takashima1, Takato Kajita1, Takenori Nakayama1
1Department of Molecular & Macromolecular Chemistry, Graduate School of Engineering, Nagoya University, Furo-Cho, Chikusa-Ku, Nagoya 464-8603, Japan.
一种新的聚合物电解质膜,soPA,在燃料电池中显示出卓越的性能. 它在高温和低湿度下有效运行,为下一代能源设备提供高效的质子转移.
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
- 聚合物科学 聚合物科学
背景情况:
- 下一代聚合物电解质燃料电池 (PEFCs) 需要聚合物电解质膜 (PEMs) 进行高温 (>100 °C) 和低湿度 (<40% RH) 操作.
- 当前的PEM在这些苛刻的条件下面临性能限制,阻碍了燃料电池的进步.
研究的目的:
- 为了合成和描述一种含有酸的新型聚合物,聚8-- styryl-1-octanephosphonic acid (soPA).
- 评估基于soPA的膜在高温和低湿度PEFC应用中的性能.
- 为了理解结构-属性关系,控制质子导电性在soPA.
主要方法:
- 通过八碳烯间隔器在侧链上合成具有酸组的soPA聚合物.
- 描述soPA的纳米结构,包括相位分离和域间距 (2.9nm).
- 在高温 (120°C) 和低相对湿度 (20-40%RH) 下测量soPA膜的质子导电性.
主要成果:
- soPA形成了一个高度定向的状纳米结构,具有明显的疏水和疏水相.
- 尽管酸组密度较低,但soPA膜的质子导电率明显高于间隔较短的sbPA膜.
- 在120°C下,soPA的导电率分别为4.4和7.5mS cm-1在20%和40%的RH下,相应地超过了sbPA.
结论:
- 提高soPA的性能归因于从纳米相分离获得的优越的形态和分子排序.
- 由于较长的烯间隔器,酸组的灵活性和运动自由增加,促进了高效的质子转移.
- 在具有挑战性的条件下运行的高性能燃料电池中,soPA代表了开发先进的PEM的有希望的材料.
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