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天大制备燃料电池用新型云母膜

2021-06-05 00:43

本文摘要:11月16日,记者从天津大学获悉,该校化工学院张生教授与英国曼彻斯特大学诺贝尔物理奖得主安德烈海姆教授等人合作,证实石墨烯、氮化硼等二次元材料中氢离子传输的选择性为100%,云母可用于燃料电池的高温质子互换膜。这两项研究成果将来将进步氢燃料电池汽车的商业化发展。张生说:云母膜的质子传导率提高了100倍,这是令人鼓舞的。 现在石墨烯被指出是有前途的质子传导材料,我们的研究发现云母比石墨烯更有前途。质子传导性好,热稳定性高,储藏量非常丰富,价格便宜。

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11月16日,记者从天津大学获悉,该校化工学院张生教授与英国曼彻斯特大学诺贝尔物理奖得主安德烈海姆教授等人合作,证实石墨烯、氮化硼等二次元材料中氢离子传输的选择性为100%,云母可用于燃料电池的高温质子互换膜。这两项研究成果将来将进步氢燃料电池汽车的商业化发展。张生说:云母膜的质子传导率提高了100倍,这是令人鼓舞的。

现在石墨烯被指出是有前途的质子传导材料,我们的研究发现云母比石墨烯更有前途。质子传导性好,热稳定性高,储藏量非常丰富,价格便宜。研究表明,在150℃的条件下,云母膜质子传导率达到现在商业化拒绝的2倍,也就是说作为燃料电池使用后,汽车的行驶距离也大幅度提高。

张生说,与目前锂离子电池电动汽车相比,氢燃料电池电池电池时间短,汽油燃料只需1、2分钟,能源切换效率极高,持续时间长。其核心组件燃料电池的工作原理是氢气丧失电子成为氢离子,通过质子交换膜在电池内部传输构成原始电流电路。因此,质子传导膜的氢离子传导性能相当影响燃料电池的能量转换效率。目前,商业化质子传导膜的厚度至少在5微米以上,如果能开发出更厚的膜材料,有助于提高质子传导性,对燃料电池汽车具有最重要的推进意义。

该研究团队采用微米级单层氮化硼薄膜,根据理论计算出具有六边网格结构的石墨烯和氮化硼等二维材料,只允许直径超过10皮米的粒子通过。根据他们的实验,氮化硼薄膜的电流都是由氢离子引导的。这不仅是我们解读质子和薄膜相互作用的最重要进展,也对石墨烯等二维材料在高效薄膜分离领域的基础研究和应用具有最重要的意义。

张生对此作出了反应。进一步研究表明,石墨烯、氮化硼等具有只允许氢离子通过的性能,但其传输阻力高,氢离子传导速度快,不应开展商业化推进。因此,研究团队开发了具有低质量子传导率的新型质量子传导膜材料云母膜。研究表明,处理后的云母膜质子传导率大幅提高,温度从100℃延长到500℃,应用于前景。

目前,研究团队正在制作大型云母膜,利用其高效的质子传导性和优良的耐热性,用于改进现有燃料电池技术,推进燃料电池汽车的发展和完善。此外,该膜材料还可作为液流电池、太阳能吸收水、海洋蓝色能源提取、二氧化碳电化学转化为甲酸、乙醇、乙烯等清洁能源技术。


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