旭硝子开发出高性能电解质薄膜,助力新一代燃料电池

新技术 2018年09月18日
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旭硝子公司(AGC)开发出控制了微观结构的燃料电池用氟基电解质聚合物。

燃料电池在发电时,电池单元内会生成水,电解质膜吸水膨润,发电停止后则会干燥收缩。这一过程不断重复,导致向电解质膜施加复杂的机械应力,最终使其破裂,无法再发挥隔膜的功能(图1)。

旭硝子开发出高性能电解质薄膜

图1:燃料电池的基本结构以及对电解质膜薄膜化的期待

在这项研究中,为了使电解质聚合物实现薄膜化并确保干湿循环耐久性,旭硝子在开发时研究了聚合物的化学结构,由此开发出了一种韧性更好的新型电解质聚合物,具备能减轻和分散机械应力的柔软结构。由于具备柔软的结构,即使反复发生变形也能保持三维微观结构,不容易劣化。在小型电池单元的干湿循环耐久性评估中,采用新型电解质聚合物的电解质膜虽然厚度减至相当于以往1/5的5微米,但仍表现出原有电解质膜5倍以上的干湿循环耐久性,成功打破了薄膜化与干湿循环耐久性之间此消彼长的关系(图2)。

旭硝子开发出高性能电解质薄膜

图2:新开发的电解质薄膜的发电输出和耐久性

此外旭硝子还明确了这种宏观特性是通过电解质聚合物的什么微观结构表现出来的。研发小组通过MD(分子动力学)模拟对氟基电解质膜的特殊微相分离结构进行建模,同时利用大型同步辐射装置实施结构解析,从聚合物的一级结构研究了大型稳定相分离结构的形成(图3)。由此能够通过分子结构理解宏观特性,有助于今后进一步实施改良。

旭硝子开发出高性能电解质薄膜

图3:通过MD(分子动力学)模拟建立微相分离结构模型

以新一代燃料电池车为首,新开发的电解质薄膜还有望用于移动用途和家用燃料电池,以及利用可再生能源制氢的水电解系统等。今后,为实现氢社会,将推进具备高耐久性、低电阻和低氢渗透性的电解质膜的实用化,为实现可持续发展社会贡献力量。

文 客观日本编辑部

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