新材料是如何提高乙醇燃料电池的效率?

乙醇的体积能量密度(6.7 kWh / L)是氢气(1.3 kWh / L)的五倍,可以安全地用于燃料电池发电。从理论上讲,乙醇燃料电池的效率应为96%,但实际上,由于各种原因,在最高功率密度下,乙醇的效率仅为30%。因此,还有很大的改进空间。

该材料由具有嵌入式纳米颗粒的Nafion组成。图片来源:B.Matos / IPEN

Nafion与纳米粒子

由巴西IPEN研究所的Bruno Matos博士领导的研究小组正在研究用于直接乙醇燃料电池的新型复合膜。一种有前途的解决方案是定制新的基于聚合物的复合电解质材料,以替代最新的聚合物电解质(如Nafion)。

Matos和他的团队使用熔体挤出工艺来生产基于Nafion的复合膜以及其他钛酸酯纳米颗粒,该复合膜已被磺酸基团官能化。

BESSY II的红外实验

Matos的团队现在已经在BESSY II的红外光束IRIS处彻底分析了Nafion复合膜的四种不同成分。小角X射线散射测量结果证实,钛颗粒与Nafion的离聚物基质协同作用。

质子传导率增加

使用红外光谱,他们观察到功能化纳米粒子的磺酸基之间形成了化学桥。此外,通过跟踪质子沿离子簇的运动,即使在高浓度的纳米粒子下,他们也发现复合膜中的质子传导性增加。

IRIS-Beamline的HZB科学家Ljiljana Puskar博士说:“这是我们没想到的真正的惊喜。” 随着纳米颗粒的增加,电导率的降低是阻碍高性能复合材料发展的主要障碍之一。较高的质子电导率可以允许更好的电荷载流子迁移率,从而提高直接乙醇 燃料电池的效率。

熔体挤出的优势

Matos指出:“这种复合膜可以通过熔融挤出生产,从而可以工业规模生产。”

文章来源:phys.org

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