Energía natural de la Universidad de Tianjin: ¿El rendimiento de la pila de combustible no es bueno? Añade algo de campo magnético
Antecedentes
Las pilas de combustible de membrana de intercambio aniónico (AEMFC) se están estudiando intensamente como dispositivos de conversión de energía. Entre ellos, el diseño de membranas de intercambio aniónico (AEM) es crucial para lograr la potencia requerida y la estabilidad del rendimiento de las AEMFC. Los iones viajan desde el cátodo al ánodo del AEM, por lo que la ruta de conducción de la superficie de transmisión (TP) en las membranas de intercambio aniónico (AEM) puede servir como una ruta corta y efectiva para el transporte de iones hidroxilo entre electrodos, lo que puede mejorar la energía de la celda de combustible. producción.
Pero los AEM actuales suelen tener dominios conductores distribuidos aleatoriamente y de forma irregular que tienden a producir conductividad isotrópica. Para aumentar la conductividad de TP, se han utilizado campos eléctricos y magnéticos para crear estructuras orientadas a TP en AEM, pero las mejoras en el rendimiento han sido modestas y pueden evitarse desarrollando materiales que respondan magnéticamente y tengan conductividad aniónica. Además, la estabilidad de los álcalis también es crítica para AEM.
Contenido principal
En vista de esto, el profesor Michael D. Guiver y el profesor asociado Yin Yan de la Universidad de Tianjin utilizaron un polímero de ferroceno paramagnético para preparar TP bajo una Campo magnético orientado. El campo magnético induce estados de valencia mixtos, lo que da como resultado una mayor disociación aniónica y una mayor estabilidad base/redox.
En particular, la combinación de la capacidad de respuesta magnética del catión ferroceno y la conductividad aniónica mejora la conductividad del TP. Específicamente, este artículo sintetiza un poli(vinilferroceno) (PF) de alto peso molecular con una estructura químicamente inerte, y el intercambio de ligando en PF activa el efecto sustituyente del grupo alquilo para mejorar la estabilidad, proporcionando así el PF intercambiado por ligando correspondiente (LPF). En PF o LPF, la oxidación parcial (es decir, ionización) de ferroceno a ferroceno le da al polímero de valencia mixta una capacidad de intercambio iónico (IEC) apropiada para equilibrar una conductividad satisfactoria y una hinchazón/resistencia mecánica apropiada. El PF y el LPF parcialmente ionizados se convierten en formas de hidróxido, denominados PF-OH y LPF-OH respectivamente. La fundición de solución bajo un campo magnético proporciona AEM PF-OH y LPF-OH altamente conductores orientados a TP.
Los resultados experimentales muestran que el AEM en este artículo muestra una conductividad iónica TP de 160 mS cm-1 en agua a 95 Å, y no hay una pérdida obvia de conductividad iónica en una solución alcalina de 95 Å durante 4320 horas. La pila de combustible así ensamblada alcanzó una potencia de salida de 737 mW cm-2 a 80 y 80 RH, con una pérdida de voltaje aumentada de 3,9 y un alto voltaje de 2,2 a 500 mA cm-2, 120 y 40 h a 500 RH de frecuencia. durabilidad de la resistencia.
El artículo relacionado se publicó en Nature Energy con el título "Membranas de intercambio aniónico de ferrocenio estabilizadas con valencia mixta orientadas a campos magnéticos para pilas de combustible".
Detalles de imagen y texto
Figura 1. Síntesis de PF-OH y LPF-OH
Figura 2. Polímero y membrana Aspecto y análisis espectral de la muestra
Figura 3. Caracterización de la membrana
Figura 4. Conductividad y estabilidad de la membrana
Figura 5. Evaluación AEMFC
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