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高效、无水质子交换膜

时间:2017-05-22 07:07:58来源:中国氢能源网

  据外国媒体报道:匹兹堡大学斯旺森工程学院的研究人员发现,由于石墨烷(graphane)的特性,它可以形成一种结晶水阵列,从而实现质子的无水传输。这一发现具有开发用于车辆和其他能源系统的更高效的氢燃料电池的潜力。

Water, water, nowhere : University of Pittsburgh Research Indicates Graphane Could Act as Efficient & Water Free Hydrogen Fuel Cell Membrane

氢燃料电池汽车因为只排放水而被认为是理想的零排放车辆,几乎所有的主要汽车制造商都在进行相关的开发。然而,它们的可靠性受到限制,因为燃料电池依赖于质子交换膜,而质子交换膜仅当存在足够的水时才起作用,这限制了车辆的可用工况。

燃料电池的核心是质子交换膜(PEM),当今氢燃料电池中的PEM由一种称为Nafion的聚合物制成,这些膜主要依靠水来帮助质子传导通过膜,但是当温度过高或者湿度下降,膜中的水份下降并阻止质子迁移穿过膜。由于这个原因,开发出能够在非常低的水含量,甚至在无水环境中运行的新型膜材料成为了一些研究者的关注点。

Swanson学院化学和石油工程系的WKW教授卡尔·约翰逊(Karl Johnson),研究生助理Abhishek Bagusetty完成了新的研究,他们的成果以"Facile Anhydrous Proton Transport on Hydroxyl Functionalized Graphane" (DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.186101)为题,发表在Physical Review Letters中。

约翰逊博士和他的团队专注于石墨烷,当羟基光能团能化时,石墨烷创建了一个更稳定的绝缘膜来传导质子。团队的计算结果表明,由于石墨烷独特的结构,它非常适合在无水条件下让质子快速通过,这将使氢燃料电池车成为更实际的替代车辆。

计算建模技术与匹兹堡大学研究计算中心的高性能计算基础设施相结合,使他们能够设计出这种潜在的突破性材料。匹兹堡大学的约翰逊研究小组使用原子模型来解决化学工程领域广泛领域的基本问题,包括用于捕获二氧化碳的纳米孔吸附剂的分子设计,二氧化碳转化为燃料的催化剂,气体和液体在碳纳米管内的输运情况,化学反应机理的研究,二氧化碳可溶性聚合物和二氧化碳增稠剂的发展,以及与复合氢化物的储氢研究。

 

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