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羅馬尼亞國(guó)家氫與燃料電池中心--石墨烯修飾的氟化陽(yáng)離子交換膜用于質(zhì)子交換膜水電解
       當(dāng)前質(zhì)子交換膜水電解(PEMWE)的主要技術(shù)挑戰(zhàn)之一是有限的質(zhì)子傳導(dǎo)率。如今,石墨烯被認(rèn)為是在整個(gè)獨(dú)特二維結(jié)構(gòu)中改善離子傳輸性能、同位素選擇性和質(zhì)子傳導(dǎo)性的最有希望的候選者之一。在本文中,我們報(bào)道了在PEMWE應(yīng)用中包含不同石墨烯負(fù)載量的石墨烯改性商業(yè)膜(Fumapem®)。該膜通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)以及熱重和差熱分析(TGA-DSC)進(jìn)行表征。研究了復(fù)合膜的性能,包括吸水率和離子交換容量(IEC)。在平面四電極布置中,用于確定復(fù)合材料支鏈的質(zhì)子傳導(dǎo)性。發(fā)現(xiàn)與原始商業(yè)膜相比,復(fù)合膜表現(xiàn)出改善的行為,并且石墨烯負(fù)載可以改善質(zhì)子傳導(dǎo)性。在我們的條件下,對(duì)于石墨烯負(fù)載量為10 mg的復(fù)合Fumapem®/石墨烯膜,計(jì)算得出的質(zhì)子傳導(dǎo)活化能(Ea)約為3.80 kJ/mol,低于原始聚合物質(zhì)子交換膜。
 
Figure 1. 與(a)石墨烯和(b)Fumapem®膜相比,(c)G1、(d)G2和(e)G3復(fù)合膜的表面形態(tài)。
 

Figure 2. (a)石墨烯納米片、Fumapem®和G1復(fù)合膜的ATR-FTIR光譜;(b)在800 cm-1-1900 cm-1范圍內(nèi),F(xiàn)umapem®、G1、G2和G3的ATR-FTIR光譜。
 

Figure 3. (a)Fumapem®和石墨烯修飾的膜G1-G3的TGA熱分析圖;Fumapem®和G1-G3膜的(b)DDSC和(c)DSC曲線。

 
Figure 4. Fumapem®和G1-G3膜的(a)質(zhì)子傳導(dǎo)率和(b)Arrhenius圖。
 
       相關(guān)研究成果于2019年由羅馬尼亞國(guó)家氫與燃料電池中心Daniela Ion-Ebrasu課題組,發(fā)表在International journal of hydrogen energy(https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.02.148)上。原文:Graphene modified fluorinated cation-exchange membranes for proton exchange membrane water electrolysis。
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