两全其美新型弹性耐用的交联阴离子交换膜

化石燃料是污染的主要来源，会导致全球变暖和不稳定的气候波动。氢燃料电池是一种很有前途的化石燃料环保替代品，因为它们使用氢作为发电来源，在此过程中仅释放水和热量。

存在几种类型的氢燃料电池，其中阴离子交换膜碱性燃料电池(AEMFC)非常受欢迎。它们采用阴离子交换膜(AEM)，需要出色的化学稳定性才能在碱性条件下高效运行。Poly(arylpiperidinium)(PAP)是制备这些膜的潜在候选材料。然而，纯粹由这种聚合物制成的早期原型具有低于标准的机械强度和相分离，需要进一步修改。

为此，韩国仁川国立大学的Tae-HyunKim教授及其同事通过交联聚(联苄基N-甲基哌啶)(PBB)(一种刚性PAP单元)与聚(苯乙烯-b)开发了一种新的AEM-乙烯-共-丁烯-b-苯乙烯)(SEBS)——一种弹性组分。他们还在实验室和实时燃料电池条件下评估了新AEM(x-PBB-SEBS)的物理、化学和电气特性。

讨论这项研究背后的动机，该研究于2022年10月13日在线发表在《膜科学杂志》上，Kim教授说，“这项研究主要是为了通过开发电解质膜，这是燃料电池的关键部件。”

研究团队通过改变PBB与SEBS的比例，开发了三种不同交联度(30%、40%和50%)的膜。这三者都表现出高机械强度和拉伸强度、出色的相分离和离子电导率。

此外，具有40%交联度的膜(40x-PBB-SEBS)被证明在韧性和弹性之间的平衡方面是最佳的。

它还表现出72.28–146.25mScm-1的非常高的离子电导率，以及出色的碱性和氧化稳定性，这是由于其增加的交联。

此外，由于AEM充当电解质，因此它们需要高保水性才能获得令人满意的性能。在测试AEM燃料电池中的膜时，该团队发现40x-PBB-SEBS记录了最高的相对湿度、归一化电导率和令人印象深刻的峰值功率密度。当使用AEM水电解进行实时测试时，该膜甚至大大超过了商用膜的性能!

这些发现为开发具有卓越性能的其他高性能AEM材料奠定了坚实的基础。Kim教授分享了他对未来的愿景，“联苄基-SEBS交联膜展品的性能可以将其引入氢动力和家用发电系统以及环保型氢气生产设施中。通过这种方式，我们的研究可以为环保能源生产和碳中和做出贡献。”