多国科学家联合研发全氟磺酸复合膜可有效提高乙醇燃料动力电池效率【钜大锂电】

乙醇的体积能量密度（6.7kWh/L）是氢气（1.3kWh/L）的五倍，可以用作燃料电池更安全的发电燃料。特别是在巴西，该国以可再生方式从甘蔗中生产低成本乙醇，因此对研发乙醇燃料电池有极大的兴趣。理论上讲，乙醇燃料电池的效率可以达到96％，但实际上，由于各种原因的限制，即使在最大功率密度下，它的效率也仅能达到30％。因此，其中还有很大的提升空间。

据外媒报道，巴西核能研究所（IPEN）、德国亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心（HZB）和加拿大国家农业研究所（INRA）的研究人员，开发了一种可用于直接乙醇燃料电池的新型复合膜。

含纳米粒子的全氟磺酸膜（Nafion）

由巴西IPEN研究所的BrunoMatos博士领导的研究小组正在研究可应用于直接乙醇燃料电池的新型复合膜。一种有潜力的解决方案是合成新的高分子复合电解质材料，以替代目前最先进的聚合物电解质，如全氟磺酸膜（Nafion）。Matos和他的团队使用熔融挤出工艺生产出了添加钛酸盐纳米颗粒的全氟磺酸（Nafion）复合膜，其中纳米颗粒已被磺酸基团官能化。

Matos及其团队利用熔融挤压工艺，制备Nafion和磺酸基功能化钛酸纳米管复合膜，用于直接乙醇燃料电池的测试。在HZB中心BESSYII同步辐射源的帮助下，他们能够详细观察Nafion基质中的纳米颗粒是如何分布的，以及它们如何帮助提高质子导电性。

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使用BESSYII进行红外表征

Matos的团队在BESSYII上运行红外引发同步加速器（IRIS,InfrarotinitiativeSynchrotronstrahlung）产生红外光束，对四种成分不同的全氟磺酸（Nafion）复合膜进行了彻底的分析。小角度X射线散射（small-angleX-rayscattering）测量结果证实，钛颗粒与全氟磺酸膜（Nafion）的离聚物基体具有协同作用。

提高质子传导率

他们使用红外光谱观察到，在官能化的纳米颗粒与磺酸基团之间形成了化学桥。此外，通过跟踪质子沿着离子簇的运动轨迹，他们发现即使在高浓度的纳米颗粒下，复合膜中质子传导率均有所提升。他们使用红外光谱观察到，在官能化的纳米颗粒与磺酸基团之间形成了化学桥。此外，通过跟踪质子沿着离子簇的运动轨迹，他们发现即使在高浓度的纳米颗粒下，复合膜中质子传导率均有所提升。

熔融挤出工艺的优势。