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燃料電池中聚合物鏈的奧秘被揭開

2018-10-27 09:20

氫燃料電池為從航天器到遠(yuǎn)程氣象站的遠(yuǎn)程應(yīng)用提供了一種極具吸引力的連續(xù)能源。而隨著用于分離燃料電池內(nèi)的陽(yáng)極和陰極的Nafion膜在與水相互作用時(shí)膨脹，燃料電池效率隨之降低。

Nafion是迄今為止在燃料電池中使用的性能最高的市售氫氧化物質(zhì)子交換膜。其多孔性質(zhì)允許電解質(zhì)溶液顯著濃縮，同時(shí)將陽(yáng)極與陰極分離，這允許電子流動(dòng)在燃料電池中產(chǎn)生能量。

由俄羅斯的一個(gè)小組和澳大利亞堪培拉的澳大利亞國(guó)立大學(xué)的Barry Ninham教授（膠體和界面科學(xué)的領(lǐng)先專家）領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)解開表面結(jié)構(gòu)，膜對(duì)環(huán)境水中的氘含量特別敏感。聚合物纖維從膜延伸到水中。這種效果在水中最明顯，氘含量在百萬(wàn)分之100和1000之間。

研究小組開始這個(gè)項(xiàng)目來(lái)研究一個(gè)提議的假設(shè)，該假設(shè)歸因于一種新的水狀態(tài)來(lái)解釋Nafion膜的膨脹，它們是第一個(gè)描述聚合物纖維在與水相互作用時(shí)從膜表面延伸的生長(zhǎng)，纖維的數(shù)量隨著水的氘濃度而增加。

“為了增加我們對(duì)這些膜的理解，我們需要描述氘化水與聚合物分子水平相互作用�！盉unkin表示：“現(xiàn)在我們知道‘禁區(qū)的結(jié)構(gòu)’，我們可以通過(guò)研究離子特異性（Hofmeister）對(duì)其組織和功能的影響所引起的變化來(lái)定制Nafion結(jié)構(gòu)及其電性質(zhì)。”

在這項(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種專門的激光儀器（光致發(fā)光紫外光譜）來(lái)表征沿膜－水界面的聚合物纖維。雖然由于儀器的空間限制而沒有直接觀察到單根纖維，但該團(tuán)隊(duì)可靠地檢測(cè)到它們向水中生長(zhǎng)。

Bunkin稱：“這項(xiàng)工作的重要性可能為生物學(xué)和能源生產(chǎn)的一些非常基本的領(lǐng)域提供主題�！�

目前該項(xiàng)目已得到俄羅斯基礎(chǔ)研究聯(lián)合會(huì)，俄羅斯青年科學(xué)家聯(lián)合會(huì)主席和MEphI學(xué)術(shù)卓越項(xiàng)目的資助。