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碳化钛作为Nafion基质中的可持续填充剂稳定的二氧化铈改善了质子交换膜燃料电池的机械完整性,电化学耐久性和氢不渗透性:填充剂含量的影响。
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2020-01-22 , DOI: 10.1021/acsami.9b18059
Mohanraj Vinothkannan 1 , S Ramakrishnan 1 , Ae Rhan Kim 2 , Hong-Ki Lee 3 , Dong Jin Yoo 1, 4
Affiliation  

当修饰质子交换膜燃料电池(PEMFC)的Nafion基体时,氧化铈锚定的碳化钛(CeO2-TiC)被实现为潜在的无机填料。采用水热法合成高结晶度的CeO2-TiC作为填料,以减轻质子交换膜(PEM)的问题。通过采用溶液浇铸法,将重量比为0.5、1、1.5或2%的CeO2-TiC掺入Nafion基质中以形成杂化物。由于存在TiC,增强强度可增强PEM的拉伸强度,而CeO2的添加可通过清除自由基来提高PEM的耐久性。PEM的微观结构,热机械,物理化学和电化学特性,包括接触角,吸水率,吸水率和质子传导率,被广泛研究。与原始Nafion相比,CeO2-TiC在Nafion基质中的随机分散改善了热稳定性,拉伸强度和吸水率,同时保持了质子传导性。结果,与原始的Nafion相比,优化的Nafion / CeO2-TiC(1 wt%)在不改变PEMFC性能的情况下,在60°C和100%的相对湿度下运行该设备。此外,Nafion / CeO2-TiC(1 wt%)在相同条件下运行200 h时仅经历了0.6 mV h-1的降解。与Nafion / CeO2-TiC(1 wt%)相比,原始的Nafion和Nafion-212表现出加速的降解和相当的降解(原始的Nafion为1.3 mV h-1; Nafion-212的为0.4 mV h-1)。耐久性测试后,检查了PEMFC的功率输出,氢渗透性和样品的形态;结果表明,Nafion / CeO2-TiC(1 wt%)非常稳定。由于已经报道了各种Nafion混合动力汽车为高度耐用的PEM,因此这项研究有望为扩展其应用开辟新的视野,尤其是在可持续PEMFC技术中。



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更新日期:2020-01-23
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