当前质子交换膜水电解(PEMWE)的主要技术挑战之一是有限的质子传导率。如今,石墨烯被认为是在整个独特二维结构中改善离子传输性能、同位素选择性和质子传导性的最有希望的候选者之一。在本文中,我们报道了在PEMWE应用中包含不同石墨烯负载量的石墨烯改性商业膜(Fumapem
®)。该膜通过扫描电子显微镜(SEM)以及热重和差热分析(TGA-DSC)进行表征。研究了复合膜的性能,包括吸水率和离子交换容量(IEC)。在平面四电极布置中,用于确定复合材料支链的质子传导性。发现与原始商业膜相比,复合膜表现出改善的行为,并且石墨烯负载可以改善质子传导性。在我们的条件下,对于石墨烯负载量为10 mg的复合Fumapem
®/石墨烯膜,计算得出的质子传导活化能(E
a)约为3.80 kJ/mol,低于原始聚合物质子交换膜。
Figure 1. 与(a)石墨烯和(b)Fumapem
®膜相比,(c)G1、(d)G2和(e)G3复合膜的表面形态。
Figure 2. (a)石墨烯纳米片、Fumapem
®和G1复合膜的ATR-FTIR光谱;(b)在800 cm
-1-1900 cm
-1范围内,Fumapem
®、G1、G2和G3的ATR-FTIR光谱。
Figure 3. (a)Fumapem
®和石墨烯修饰的膜G1-G3的TGA热分析图;Fumapem
®和G1-G3膜的(b)DDSC和(c)DSC曲线。
Figure 4. Fumapem
®和G1-G3膜的(a)质子传导率和(b)Arrhenius图。
相关研究成果于2019年由罗马尼亚国家氢与燃料电池中心Daniela Ion-Ebrasu课题组,发表在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。