贤集网3月23日讯：阴离子交换膜 (AEM) 是半透性燃料电池组件，可以传导阴离子但排斥阳离子和气体。这使得能够相互发生化学反应的物质得以分离，从而使细胞能够正常运行。

中国天津大学的一组研究人员最近开发了基于新设计的二茂铁材料的新型 AEM。他们的膜发表在Nature Energy上的一篇论文中，被发现在功率输出、耐用性和欧姆电阻方面取得了非常有希望的结果。

Guiver 和他的同事最近的研究建立在他们之前的两项工作的基础上，他们引入了新的质子交换膜材料，这些材料具有磁响应性并具有导电能力。他们之前研究的最终目标是在磁场下定向导电通道结构，这反过来将对齐策略扩展到 AEM 领域。

为了确保聚合物是一种有效的 AEM 并且它可以受到磁场的影响，研究人员最初开始研究一种含有铁的材料系统，即二茂铁。过去的一些研究探索了类似的材料（即茂金属），例如茂钴，发现基于这些材料的AEMs具有良好的稳定性和高导电性。然而，过去的发现发现茂金属在磁场下无法排列，因为它们不是顺磁性的。

另一种可能性是使用二茂铁，当它被制成聚合物并被氧化时，它可能是顺磁性的，并且还带有充当 AEM 所需的正电荷，然而，在很大程度上避免了在燃料电池膜中使用铁分子，因为在某些形式下，它们会加速降解。

在他们之前的工作中，Guiver 和他的同事将亚铁氰化物引入了质子交换膜。当他们这样做时，他们发现一些含铁的材料可以提高燃料电池的稳定性。受这些结果的启发，他们现在决定探索使用含有二茂铁的聚合物作为 AEM 的潜力，这是迄今为止从未被评估过的。

对于阴离子传输，大多数阴离子交换膜显示出各向同性的电导率（即，在平面内和平面方向上的电导率相同），理想情况下，由于阴离子在电极之间跨膜传输（即通过平面方向），因此更短和更直接的通道应该是使细胞表现良好的一大好处。

为了提高膜的耐用性，传统的 AEM 通常包括带正电的含氮材料。虽然使用这些材料可以有效地使细胞更耐用，但由于化学反应导致细胞降解，它们通常会导致稳定性问题。由于 Guiver 和他的同事们创造的薄膜结合了一种面向平面的导电结构和一种基于二茂铁的替代阴离子导体，它们可以帮助规避传统 AEM 的这些关键缺点。

未来，这组研究人员推出的 AEM 可用于开发稳定、耐用和高性能的燃料电池，可以在高温下长时间运行。Guiver 和他的同事收集的初步结果表明，他们的膜可以促进电极上的反应动力学，以及通过高温解吸/吹扫使 CO 中毒的催化剂迁移和 CO 2的膜碳酸化。此外，它们可以帮助简化电池冷却和加湿系统。

该离子膜还可以促进缓解阳极中的水泛滥，增强通过膜的水扩散性以克服水管理问题，并提高因电池堆和冷却剂之间的温差增加而导致的废热效率，我们现在正在开发具有外场响应性和导电能力的替代材料系统。目标是在较弱的磁场下实现更强的定向，这将降低成本并实现商业可扩展性。