陰離子交換膜（AEM）的離子電導(dǎo)率直接決定陰離子交換膜燃料電池（AEMFC）的性能，這在很大程度上取決于膜的水合水平。更好地理解水合水平和膜離子電導(dǎo)率之間的關(guān)系對(duì)于膜開發(fā)以及 AEMFC 的水和熱管理分析至關(guān)重要。在本研究中，通過設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)定量表征了水活度和溫度對(duì)三種高性能 AEM（Alkymer、Orion 和 Pention）的吸水率、平衡含水量和離子電導(dǎo)率的影響。結(jié)果表明，在高水分活度時(shí)，三種膜中Orion表現(xiàn)出最低的吸水率和最高的離子電導(dǎo)率，而Alkymer在低水分活度時(shí)表現(xiàn)出良好的保水能力和最高的離子電導(dǎo)率。根據(jù)擬合的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提出了結(jié)合水分活度和平衡水分含量的經(jīng)驗(yàn)方程來定義水合水平。擬合結(jié)合離子電導(dǎo)率、平衡水含量和溫度的經(jīng)驗(yàn)方程來說明離子電導(dǎo)率和水合水平之間的關(guān)系。這項(xiàng)研究的結(jié)果可以為AEMFC未來的實(shí)驗(yàn)表征以及水和熱管理分析提供堅(jiān)實(shí)的指導(dǎo)和支持。
Fig 1. 不同 AEM 的化學(xué)結(jié)構(gòu)和吸水特性。 a) Alkymer 的結(jié)構(gòu)。 b) Orion的結(jié)構(gòu)。 c) Pention的結(jié)構(gòu)。 d) Alkymer 的吸水率。 e) Orion的吸水率。 f) Pention的吸水率。 g) 三種膜的吸水率比較。
Fig 2. 不同 AEM 的平衡含水量表征。 a) Alkymer。 b) Orion。 c) Pention。 d) 三種膜的平衡水含量的比較。
Fig 3. 不同 AEM 的電導(dǎo)率表征。 a) 隨著 AEM 平衡水含量的增加離子傳輸示意圖。b) Alkymer。 c) Orion。 d) Pention。 e) 不同實(shí)驗(yàn)條件下電導(dǎo)率的比較。
相關(guān)研究工作由天津大學(xué)Kui Jiao課題組于2023年在線發(fā)表在《Advanced Functional Materials》期刊上。原文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202303857
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
