ブログ

Aug 01, 2023

スルホン化ポリで開発されたナノコンポジット膜の性能が向上しました (1, 4

Scientific Reports volume 13、記事番号: 8238 (2023) この記事を引用する 488 アクセス 1 引用 1 Altmetric Metrics の詳細 固体高分子型燃料電池 (PEMFC) は、多くの評価を受けています。

Scientific Reports volume 13、記事番号: 8238 (2023) この記事を引用

488 アクセス

1 引用

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

固体高分子型燃料電池 (PEMFC) は多くの関心を集めており、有機金属フレームワーク (MOF)/ポリマー ナノ複合膜を使用しています。 ゼオライト イミダゾール フレームワーク 90 (ZIF-90) は、SPEES で作られた新しいナノ複合膜のプロトン伝導性を調査するために、スルホン化ポリ (1, 4-フェニレン エーテル - エーテル - スルホン) (SPEES) マトリックスへの添加物として使用されました。 /ZIF。 ZIF-90 ナノ構造における高い多孔性、自由表面、およびアルデヒド基の存在は、SPEES/ZIF-90 ナノ複合膜の機械的、化学的、熱的、およびプロトン伝導性能力の向上に大きな影響を与えます。 結果は、3wt% ZIF-90 を含む SPEES/ZIF-90 ナノ複合膜を利用すると、90 °C、98% 相対湿度 (RH) でプロトン伝導率が最大 160 mS/cm まで向上したことを示しています。 これは、同じ条件下で 55 mS/cm のプロトン伝導率を示した SPEES 膜と比較して大幅な改善であり、性能が 1.9 倍向上していることを示しています。 さらに、SPEES/ZIF-90/3 メンブレンは最大出力密度で 79% の顕著な向上を示し、0.5 V および 98% RH で 0.52 W/cm2 の値を達成しました。これは、初期の SPEES メンブレンよりも 79% 高い値です。 。

化石燃料の広範な使用が環境に及ぼす悪影響、特に気候変動に関して、実現可能で持続可能な代替案を特定し、実行するために多大な努力が払われてきました。 その結果、水素を含む環境に優しい再生可能エネルギー源の探索と利用にますます注目が集まっています。 水素燃料を利用したエネルギー生産システムの 1 つが燃料電池です1。 固体高分子型燃料電池（PEMFC）は、その独特の特徴と利点により、さまざまな燃料電池の中でもグリーンエネルギー技術として研究者らから注目を集めています。 これらの利点には、高い起動速度、効率、電流密度に加え、低い動作温度と排出ガスのない動作が含まれます2。 実際、PEMFC の最も重要な部品の 1 つはプロトン交換膜であり、燃料電池が正常に動作するかどうかを直接決定します。 したがって、応用に適した膜を準備し、PEMFC の商業化プロセスを加速することが、多くの研究者の主な目標の 1 つとなっています 3。 スルホン化ポリ（エーテルエーテルケトン）4、スルホン化ポリ（フタラジノンエーテルケトン）5,6、ポリビニルアルコール7、スルホン化ポリエーテルスルホン8,9,10などの多くの非フッ素化ポリマーが、最近代替品として研究されています。商業用ナフィオンに。 金属有機フレームワーク（MOF）として知られる配位高分子の新しいファミリーが同定され、これは三次元結晶構造を持つ有機配位子に結合した金属クラスターで構成されています11。 MOF には、貯蔵、分離、触媒作用などのさまざまな用途があり、医療における生物学的担体としても使用されます 12、13、14、15。 さまざまな用途の中で、多数の MOF がプロトンおよびイオン伝導に優れた可能性を示しています 16、17、18。 MOF は、その非常に柔軟な設計、自由表面、および高い多孔性により、高いプロトン伝導性を備えています 11,19。 ZIF は MOF の大きなファミリーに属し、二価の金属イオン (多くの場合 Zn2+) を 4 つのイミダゾール アニオン リンカーに接続することによって作成されます。 これは、非常に高い表面積、優れた熱的および化学的安定性、柔軟で制御可能な構造などの特徴を備えています20,21。 Zhang グループ 22 によれば、イミダゾール環の存在によりプロトン伝導性が増加しました。

したがって、MOF とポリマーの組み合わせであるナノ複合膜は、PEMFC11 における明るい展望の 1 つです。 ポリマーに組み込まれた MOF の優れた特性が新しいナノ複合膜の生成につながるからです。 ポリマーと ZIF-823,24,25,26、UIO-6627,28、HKUST-129、CPO-27-Mg30、MIL -53-Al30、MIL などのさまざまな MOF を組み合わせた新しいナノ複合膜の製造に関する多数のレポート-101 (Cr)31、32、および MOF-80833 が実行されています。