交联剂长度影响AEM燃料电池性能

阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)是一种以氢为能源的质子交换膜燃料电池的替代材料。而碱性条件下，阴离子交换膜(AEM)存在着稳定性问题。尽管交联技术可以解决这个问题，但是交联剂长对AEMFC电池性能的具体影响还不清楚。据国外媒体报道，韩国科学家近日展示了含氧交联剂的功效，使用最佳长度的交联剂，研制出一种性能更好的AEMFC电池。

为改善生态环境，以绿色能源代替化石燃料，氢作为一种潜在的替代品受到人们的重视。作为一种燃料，它可以用来发电，唯一的副产品就是水。但是，由于PEMFC被广泛研究，PEMFC的价格较高且稳定性较差，因此这项技术还没有完全商业化。

与此相反，在阴离子交换膜(AEM)燃料电池中，所用催化剂成本较低，性能较好。这种电池通过聚合物电解质(由聚合物骨架和离子导电基组成)，使环氢氧根离子(OH-)取代了质子。改善这种电解质性能的一种方法是用分子侧链，将聚合物单元(物理或化学)联结在一起，即所谓的交联。含氧型交联剂亲水性能较好，能改善AEM的稳定性和离子导电性，但是交联剂长度能确定氧原子数，其具体作用尚不明确。

在一项最新研究中，仁川国立大学的科学家们制造了一种长的AEM聚合物，其中含有铵离子导电基，并用不同长度的含环氧乙烷交联剂将这两种分子结合起来。作者通过大量的实验，比较了不同交联剂的力学性能、热学性能、保水性、氢氧根离子电导率、形貌及稳定性。

研究人员最终阐明了交联剂过长可以降低AEM性能的相关机理。该研究的领导者Tae-HyunKim教授表示：“人们有可能相信，含氧交联剂具有更高的亲水性和更好的导电性能。但是，研究发现，过量的重复氧单元会增加所得材料的结晶度或有序度，这反而会降低其亲水性，最终破坏AEM的许多物理化学特性。

通过对交联剂长度的测定，发现AEM燃料电池性能显著优于无氧交联剂的AEM燃料电池。Kim教授表示：“我们的主要结论是，在最佳交联剂中加入环氧乙烷等高亲水性分子，从而提高AEM的基本性能和在燃料电池中的实际性能。

虽然AEM燃料电池在实用化和产业化方面还有待提高，但是该研究推动了新一代环保能源的开发。