燃料电池中聚合物链的奥秘被揭开

2018-10-27 09:20

氢燃料电池为从航天器到远程气象站的远程应用提供了一种极具吸引力的连续能源。而随着用于分离燃料电池内的阳极和阴极的Nafion膜在与水相互作用时膨胀，燃料电池效率随之降低。

Nafion是迄今为止在燃料电池中使用的性能最高的市售氢氧化物质子交换膜。其多孔性质允许电解质溶液显着浓缩，同时将阳极与阴极分离，这允许电子流动在燃料电池中产生能量。

由俄罗斯的一个小组和澳大利亚堪培拉的澳大利亚国立大学的Barry Ninham教授（胶体和界面科学的领先专家）领导的研究团队发现，通过解开表面结构，膜对环境水中的氘含量特别敏感。聚合物纤维从膜延伸到水中。这种效果在水中最明显，氘含量在百万分之100和1000之间。

研究小组开始这个项目来研究一个提议的假设，该假设归因于一种新的水状态来解释Nafion膜的膨胀，它们是第一个描述聚合物纤维在与水相互作用时从膜表面延伸的生长，纤维的数量随着水的氘浓度而增加。

“为了增加我们对这些膜的理解，我们需要描述氘化水与聚合物分子水平相互作用。”Bunkin表示：“现在我们知道‘禁区的结构’，我们可以通过研究离子特异性（Hofmeister）对其组织和功能的影响所引起的变化来定制Nafion结构及其电性质。”

在这项研究中，该团队开发了一种专门的激光仪器（光致发光紫外光谱）来表征沿膜－水界面的聚合物纤维。虽然由于仪器的空间限制而没有直接观察到单根纤维，但该团队可靠地检测到它们向水中生长。

Bunkin称：“这项工作的重要性可能为生物学和能源生产的一些非常基本的领域提供主题。”

目前该项目已得到俄罗斯基础研究联合会，俄罗斯青年科学家联合会主席和MEphI学术卓越项目的资助。

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