陰離子交換膜 (AEM) 的離子電導率直接決定了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化水平。更好地了解水合水平與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。在這項研究中，水分活度和溫度對三種高性能 AEM（Alkymer、Orion 和 Pention）的吸水率、平衡水含量和離子電導率的影響通過設計的實驗進行了定量表征。結果表明，Orion 在高水活度下表現出三種膜中最低的吸水性和最高的離子電導率，而 Alkymer 在低水活度下表現出良好的保水能力和最高的離子電導率。基于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化水平之間的關系。這項研究的結果可以為 AEMFC 的未來實驗表征和水熱管理分析提供可靠的指導和支持。基于擬合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化水平之間的關系。這項研究的結果可以為 AEMFC 的未來實驗表征和水熱管理分析提供可靠的指導和支持。基于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化水平之間的關系。這項研究的結果可以為 AEMFC 的未來實驗表征和水熱管理分析提供可靠的指導和支持。
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 的平衡水含量表征。a) Alkymer。b) Orion。c) Pention。d) 三種膜的平衡水含量比較。
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：Anion Exchange Membranes for Fuel Cells: Equilibrium Water Content and Conductivity Characterization。
轉自《石墨烯研究》公眾號
