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机械学院Michael D. Guiver、尹燕教授团队研发出高性能阴离子交换膜
来源:    日期: 2024-03-11      点击率: 738

(通讯员 尹燕)相比于研究更为成熟的质子交换膜燃料电池,阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)因其能够使用非铂族贵金属催化剂和更加便宜的电池组件而受到广泛关注。经过数十年的发展,AEMFCs在功率输出和稳定性等方面都取得了实质性进步,然而,要真正实现AEMFCs的推广应用,其复杂的水管理难题亟需得到有效解决,以便进一步提高燃料电池的耐久性。当前AEMFCs普遍运行在60–80 °C,进一步提高燃料电池的操作温度到100 °C及以上,能够有效简化燃料电池水管理,但是更高的操作温度对阴离子交换膜(AEMs)等关键电池材料提出了更大的挑战,因此高温阴离子交换膜燃料电池(HT-AEMFCs)的研究目前仍然处于探索阶段。

近日,天津大学机械学院Michael D. Guiver、尹燕团队和以色列理工学院Dario R. Dekel 团队合作,设计制备了轻度支化的聚芳基哌啶型AEMs,成功应用于100 °C的HT-AEMFCs中,实现燃料电池中高效的水平衡管理,并取得了优异的燃料电池性能(~2 W cm2的极限功率密度)和耐久性(195 h稳定性测试后电压衰减~4%,衰减速率140 mV h1)(图1、图2)。

  2024年3月8日,相关论文以“High-temperature anion-exchange membrane fuel cells with balanced water management and enhanced stability”为题在线发表于Joule期刊。本文中轻度支化的聚合物结构设计实现了对AEMs关键性能,尤其是水管理性能的调节,证实了合理的AEMs水管理结合高温运行是实现燃料电池高效的水平衡管理的有效策略,为开拓HT-AEMFCs领域的发展具有重要意义。该论文第一作者为天津大学机械学院薛建党博士和以色列理工学院John C. Douglin,通讯作者为天津大学机械学院Michael D. Guiver教授、尹燕教授和以色列理工学院Dario R. Dekel教授。

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 图1 高温阴离子膜燃料电池示意图与本文研究亮点

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图2 A)本文制备的轻度支化的聚芳基哌啶型AEMs结构,(B80–100 °C 燃料电池发电性能和(C100 °CAEMFC性能稳定性

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图3 本文第一作者、共同通讯作者

相关论文信息:

https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.02.011

备注:课题组欢迎对燃料电池、电解水的关键材料(膜、催化剂)、膜电极感兴趣的研究生、博士后加入,专业面向材料、化学、电化学、工程热物理等方向,有意者请联系geosign@tju.edu.cn(张老师)。





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