陰離子交換膜（AEM）的離子電導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率之間的關系對于膜開發以及 AEMFC 的水和熱管理分析至關重要。在本研究中，通過設計的實驗定量表征了水活度和溫度對三種高性能 AEM（Alkymer、Orion 和 Pention）的吸水率、平衡含水量和離子電導率的影響。結果表明，在高水分活度時，三種膜中Orion表現出最低的吸水率和最高的離子電導率，而Alkymer在低水分活度時表現出良好的保水能力和最高的離子電導率。根據擬合的實驗數據提出了結合水分活度和平衡水分含量的經驗方程來定義水合水平。擬合結合離子電導率、平衡水含量和溫度的經驗方程來說明離子電導率和水合水平之間的關系。這項研究的結果可以為AEMFC未來的實驗表征以及水和熱管理分析提供堅實的指導和支持。
Fig 1. 不同 AEM 的化學結構和吸水特性。 a) Alkymer 的結構。 b) Orion的結構。 c) Pention的結構。 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) 不同實驗條件下電導率的比較。
相關研究工作由天津大學Kui Jiao課題組于2023年在線發表在《Advanced Functional Materials》期刊上。原文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202303857
轉自《石墨烯研究》公眾號
